近场光学显微技术的进展及其应用

近场光学显微技术突破传统光学衍射极限获得了纳米尺度的空间分辨率,井在近场光存储、平导体材料、生命科学等交叉学科领域发挥了巨大的作用.本文综述了近场光学显微技术的发展现状,讨论了基于近场光学原理的超分辨近场结构在现代光刻技术上的应用、表面等离激元的共振增强作用和束流作用在近场光学领域的进展以及表面增强拉曼散射机理的研究,并介绍了近场光学显微技术在单分子检测和细胞探测等其它生命科学领域的一些发展.     

介质加载表面等离激元的近场光学观测

利用扫描近场光学显微术(SNOM),观测并分析了基于银膜衬底上CdS纳米带的介质加载表面等离激元(Dielectric-loaded Surface Plasmon Polariton,DLSPP)的激发现象.通过SNOM可以观察到纳米带不同位置的光致荧光光谱峰位有30 meV的红移量.利用Franz-Keldysh效应可以很好地解释能量红移的产生.有限时域差分法的模拟结果进一步验证了实验中观测的现象.这种DLSPP的激发结构,对于光子集成电路及基于等离激元的微纳器件波导有实际意义.     

银膜表面周期性条纹导致的沟槽等离激元增强效应

沟槽等离激元是一种电磁振荡,它束缚于刻在金属表面截面为单个波长尺度的沟槽里,并沿着沟槽传播.沟槽等离激元由于其低传播损耗及可控的传播方向,在集成光路上有潜在的应用,因而受到人们的关注.本文作者在银膜表面刻沟槽,并在沟槽两侧加上周期性结构,并研究了这种周期性结构对沟槽等离激元的耦合和传播的影响.通过扫描近场光学显微镜观察,发现相对于没有周期性结构的沟槽,有周期性结构的情况下,传播于沟槽中的沟槽等离激元强度增强.同时还利用有限时域差分方法计算模拟了相应的过程.模拟结果与实验相符,证明了确实是由于周期性结构导致了沟槽等离激元的增强效应.     

用于单光子压缩成像的抗噪重建网络的设计与训练

将光子计数技术与单像素成像结合的单光子压缩成像方法具有成本低、灵敏度高的特点,但该方法使用传统压缩重建算法时重建时间长.基于深度学习的压缩重建网络不仅实现了快速重建,而且可获得更好的重建质量.最近用于单像素成像的压缩重建网络主要基于光探测器工作在模拟方式,采用无噪声或带有加性高斯白噪声的系统仿真数据进行训练.对此,建立...     

新型光纤信号调制器

在对光纤回波损耗研究的基础上，设计了一种基于多光束干涉效应的新型光纤信号调制器。实验中，利用两光纤端面间的多光束干涉作用，通过压电陶瓷控制两光纤端面的振荡距离，从而在输出端得到被调制过的光信号。这种光纤信号调制器主要针对信号振幅调制，调制比约为10％，信噪比约为60dB，带宽约为200kHz。该调制器展现了一种新颖的设计思路，可应用于光纤传输信号的调幅及光纤光源交流和脉冲信号的输出等。     

NSOM和TSM中探针-样品间剪切力作用机制的研究

利用粘有光纤探针的石英调谐音叉，可实现近场扫描光学显微镜（NSOM）和调谐音叉剪切力显微镜（TSM）光纤探针尖端与样品（T-S）间距离的控制。研究了石英调谐音叉控制T—S间剪切力作用的机制，建立了音叉T-S系统的振动方程，理论分析了音叉电流I和T—S间距d的关系，建立了T—S间剪切力作用机制模型。实验测量了不同环境和不同样品下的I-d曲线，实验结果与理论分析相吻合。揭示了nm尺度下，由于毛细凝聚作用在T—S间耦合的H2O和C—H化合物分子所形成的粘滞阻尼是导致T—S间剪切力作用的主要原因。