Презентация "Ближнепольная оптическая микроскопия" – проект, доклад

Ближнепольная оптическая микроскопия

Выполнила: студентка 3 курса, физического факультета, Тимаева А.О.

Идея БОМа была предложена в 1928 году Сингом (E.H. Synge), но она намного опередила технические возможности своего времени и осталась практически не замеченной. Ее первое подтверждение было получено Эшем (E.A. Ash) в опытах с микроволнами в 1972 году. В начале 80-х годов группа исследователей из Цюрихской лаборатории фирмы IBM во главе с Дитером Полем (D.W. Pohl) проникла внутрь дифракционного предела и продемонстрировала на приборе, работающем в видимом оптическом диапазоне и получившем название сканирующего оптического микроскопа ближнего поля.

Изобретение

Прохождение света через отверстие в экране с субволновой апертурой.

Электромагнитное поле в области диафрагмы имеет сложную структуру. Непосредственно за отверстием на расстояниях Z < 100а располагается так называемая ближняя зона, в которой электромагнитное поле существует, в основном, в виде эванесцентных мод.

В области расстояний Z > 100a располагается дальняя зона, в которой наблюдаются лишь излучательные моды.

Мощность излучения за субволновой диафрагмой в дальней зоне может быть оценена по следующей формуле:

Таким образом, ближнепольное изображение формируется при сканировании исследуемого образца диафрагмой с субволновым отверстием и регистрируется в виде распределения интенсивности оптического излучения в зависимости от положения диафрагмы I( x, y ) .

БОМ изображение алюминиевой пленки, нанесенной на поверхность подложки, состоящей из плотнейшей упаковки наноразмерных шариков латекса.

Виды зондов

1 Зонды БОМ на основе оптического волокна

Изготовление БОМ зондов на основе оптического волокна: (а) –химическое травление волокна; (б) – вид кончика волокна после травления; (в) – напыление тонкой пленки металла.

"Shear-force" метод контроля расстояния зонд-поверхность в ближнепольном оптическом микроскопе.

При сближении зонда и образца наблюдаются несколько эффектов. Во-первых, появляется дополнительное диссипативное взаимодействие зонда с поверхностью за счет сил вязкого трения

Во-вторых, при малых расстояниях зонд-поверхность происходит изменение моды колебаний в системе зонд – резонатор. В свободном состоянии мода колебаний соответствует колебаниям стержня со свободным концом, а при сближении с образцом (в пределе при касании зонда поверхности) переходит в колебания стержня с закрепленным концом.

2. Наиболее перспективным и широко распространенным является зонд на основе адиабатически суженного одномодового оптического волокна, покрытого тонкой металлической пленкой и имеющего малую апертуру на его острие.

3. Другой вариант зонда СБОМ, используемый в настоящее время, изготавливается на основе кремниевого кантилевера (конструкция микромеханического зонда) для АСМ.

Устройство БОМ

Конфигурации БОМ

“Shear force” АСМ изображение рельефа поверхности (слева) и ближнепольное оптическое изображение (справа) образца с квантовыми точками InAs

возбуждение структуры и прием ближнепольного излучения осуществляются через зонд микроскопа

Схема БОМ, в котором засветка образца и прием излучения осуществляются с помощью одного и того же зонда

Такое совмещение ближнепольного источника с ближнепольным приемником является весьма многообещающим методом, обеспечивающим очень высокое пространственное разрешение. Однако в данной схеме излучение дважды проходит через субволновое отверстие. Это приводит к тому, что приходящий на фотоприемник сигнал имеет очень низкую интенсивность, и требуются высокочувствительные методы его регистрации.

Применение

Возможность улучшения на порядок и более локальности оптических методов исследования поверхности весьма существенна при решении широкого круга научных и прикладных задач.

- гетероструктуры с квантово-размерными свойствами

- биологические исследования.

- наноэлектроника

Существенное увеличение энергетической эффективности ближнепольных зондов является одной из важнейших научно-технических проблем нано оптики. Один из интересных путей ее решения заключается в использовании металлического стержневого зонда, подвод излучения к вершине которого осуществляется за счет возбуждения цилиндрической поверхностной электромагнитной волны (ПЭВ). При этом отпадают трудности, вызванные отсечкой поля в заостренном кварцевом волоконном зонде и как следствие - большими потерями энергии. Анализ показывает, что поле ПЭВ у вершины зонда сконцентрировано в области, соизмеримой с ее диаметром.

Проблема бом

Спасибо за внимание