課件-現(xiàn)代光學補充近場

1第四節(jié)近場光學顯微鏡的應(yīng)用2一、超分辨成像

（一）樣品信息成像AgIBr晶體，范圍為7.5μm見方。(a)表面形貌(b)穿透影像3一、超分辨成像

（一）樣品信息成像4

光譜光譜光譜光譜光纖頭diI一、超分辨成像

（二）單分子成像5一、超分辨成像

（二）單分子成像6一、超分辨成像

（三）單層分子膜的成像7一、超分辨成像

(三)半導體微結(jié)構(gòu)和微器件的成像8(三)半導體微結(jié)構(gòu)和微器件的成像91011一、超分辨成像

(四）觀測微小的光場圖像12二、在生物分子研究中的應(yīng)用對細胞和細胞精細結(jié)構(gòu)的觀察：普金耶氏細胞神經(jīng)膠質(zhì)細胞40倍13二、在生物分子研究中的應(yīng)用DNA癌細胞14二、在生物分子研究中的應(yīng)用對細菌的觀察放線菌大腸桿菌15二、在生物分子研究中的應(yīng)用SARS冠狀病毒16三、在信息存儲中的應(yīng)用高密度信息存儲

17三、在信息存儲中的應(yīng)用CD由于受衍射極限的限制，讀寫斑的尺寸被控制在lum左右；存儲密度約55Mb/cm2

采用近場技術(shù)，讀寫斑的尺寸可以減小到20nm，存儲密度約為125Gb/cm2。18四、捕獲和搬運原子材料生長中國科學院化學所利用納米加工技術(shù)在石墨表面通過搬遷碳原子而繪制出的世界上最小的中國地圖。19TheNSOMwasusedtocreatestructuresonaphotoresistsample.Thesmallestlinewrittenwas60nmwide.

Naber,A.,H.Kock,etal.(1996).High-ResolutionLithographywithNear-FieldOpticalMicroscopy.?Scanning18:567-571.

202122五、近場光譜學3、近場光譜目前的各類光譜測量方法只限于微米尺度觀察。傳統(tǒng)的光譜方法無法分辨諸如納米尺度的發(fā)光區(qū)域與本征頻譜等。而與近場光學顯微鏡聯(lián)用的近場光譜則填補了這一空缺。23分子吸光與發(fā)光示意圖S2Ee振動能級v3v2v1轉(zhuǎn)動r3r2r1S1S0紫外熒光可見EvEr分子光譜，包括紫外可見光譜，紅外光譜，熒光光譜和拉曼光譜等。光和物質(zhì)之間的相互作用，使分子對光產(chǎn)生了吸收、發(fā)射或散射。將物質(zhì)吸收、發(fā)射或散射光的強度對頻率作圖所形成的演變關(guān)系，稱為分子光譜。24吸收受激發(fā)射自發(fā)發(fā)射受激躍遷：分子從共振光電磁場中吸收光量子而完成從低能級高能級n態(tài)躍遷的過程。m態(tài)受激發(fā)射：電磁場激勵使高能級上的分子發(fā)射光量子而返回到低能級的過程。自發(fā)發(fā)射:

高能級上的分子在沒有交變電磁場激勵的情況下，自發(fā)發(fā)射光量子并返回低能級的過程。25五、近場光譜學

近場光譜儀

光學探頭

近場光學光譜Tip26五、近場光譜學

吸收譜單量點樣品的吸收譜和熒光發(fā)射譜27五、近場光譜學

光致發(fā)光（熒光）PL譜

兩個相鄰的單分子熒光光譜150nm28五、近場光譜學

拉曼光譜散射光頻率與激發(fā)光頻之差。Δv取決于分子振動能級的改變，所以他是特征的。光線通過光學性質(zhì)不均勻的物體會發(fā)生散射，如果散射光頻率稍有變化，可能就發(fā)生了拉曼散射。瑞利散射λ不變拉曼散射λ變Ea

虛能級ν0Ecν0-ΔνEa

虛能級ν0EcνsΔν29

Stockslinesanti-StockeslinesRayleighscatteringΔν/cm-130五、近場光譜學

拉曼光譜二氧化硅散射銀表面吸附CFV氨基苯甲酸31四、近場光譜學

瞬態(tài)（時間分辨）光譜

熒光壽命擬合曲線符合單次冪函數(shù)儀器響應(yīng)函數(shù)Weightedresiduals~2.0ns32本章小節(jié)1、基本概念：近場：

從物體表面到一個波長以內(nèi)的距離。遠場：從近場以外一直延伸到無窮遠的區(qū)域。瑞利判據(jù)33本章小節(jié)2、隱失場的特征

一束光入射到一個具有超精細結(jié)構(gòu)的物體,必定被轉(zhuǎn)換成一個能夠傳播到探測器的傳播波分量和一個局域于表面的隱失波分量。尺寸小于波長的信息，包含在隱失場中。隱失場離開物體表面在空間急劇衰減。隱失場是非輻射場或非傳播場。34本章小