Ближнепольная сканирующая микроскопия пространственного распределения светового поля, формируемого нанообъектами (1102420), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

При увеличении высоты областипериодичности в световой структуре постепенно искажаются и принимают виднерегулярного распределения темных и светлых пятен.В разделе 4.3 приведены результаты исследования локализации лазерногоизлучения в ближнем поле наноструктурированной пленки (из азокрасителя4,4'-бис-(4-N,N-ди(n-бутил)аминофенилазо)бифенил) толщиной порядка 300 нм,представляющей собой набор каплевидных доменов с различными размерами(200 нм - 2 мкм). Экспериментально показано, что локализация света пленкойносит субволновой характер. Представлены результаты экспериментов поизучению влияния наноструктурированной пленки на пространственныесветовые структуры, формируемые помещенными на ее поверхностьмикрошариками диаметром 1 мкм из полистирола.

Обнаружено, чтоэффективность локализации света микрошариком из полистирола диаметром1 мкм сохраняется при субволновом перераспределении падающего на негосвета.14В разделе 4.4 сообщается о регистрации нового эффекта формированиялокальных провалов интенсивности лазерного излучения, формируемых припрохождении лазерного излучения сквозь кристаллически-структурированнуюпленку из полимера PEG-4000 в области узлов структуры.

Описана методикаизготовления кристаллически-структурированной пленки из полимера PEG4000, способной формировать локальные провалы интенсивности проходящеголазерного излучения. На рис. 6 представлено изображение на просветструктуры пленки в обычном оптическом микроскопе с различнымувеличением.Рис. 6. Микрофотографии в обычном оптическом микроскопе кристаллическиструктурированной пленки из полимера PEG-4000 с различным увеличением.На рис. 7 (к)-(м) представлены рельеф узла 2, полученный втопографическом режиме СОМБП при сканировании апертурным зондом, ипрофиль вдоль сечения, отмеченного ломаной линией на рис.

7 (к). Узел пленкипредставляет собой одновременное пересечение трех каналообразныхуглублений в полимере.На рис. 7 (а)-(з) представлены результаты оптических измерений в СОМБПдля нескольких горизонтальных плоскостей на различных высотах вплоть до2400 нм над верхней точкой рельефа. Для изображений (а)-(г) построенысечения интенсивности (д)-(з) вдоль линий, отмеченных на изображениях. Порезультатам дополнительных измерений, обнаружено, что наблюдаемаяпространственная световая структура в виде провала интенсивностисохраняется и для больших высот над образцом, постепенно расширяясь.

Нарис. 7 (и) в качестве примера представлен результат измерений вгоризонтальной плоскости на высоте 12 мкм над образцом.Представлены результаты СОМБП измерений над узлами прозрачнойкристаллически-структурированной пленки из полимера PEG-4000 сдобавлениями одиночных микрошариков диаметром 1 мкм из полистирола.15Рис. 7. Пространственные структуры лазерного излучения (а)-(и) над узлом 2прозрачной кристаллически-структурированной пленки из полимера PEG-4000.Рельеф и профиль кристаллически-структурированной пленки из полимера PEG-4000в области узла 2 (к)-(л); (м) - трехмерный вид участка пленки, представленного наизображении (к).Сформулированы выводы из полученных результатов и возможныепрактические применения.В пятой главе представлен математический формализм для описаниятрехмерных распределений светового ближнего поля, формируемыхнанообъектами.В разделе 5.1 описывается асимптотическое разложение в ряд по маломупараметру  (   2L;  - длина волны электромагнитного излучения; L -произвольный параметр, имеющий размерность длины) полной системывекторных уравнений Максвелла на субволновых масштабах.

В рамкахквазистатического приближения выведены аналитические выражения дляэлектрических и магнитных компонент ближнего поля. Полученные решения впервом порядке имеют вид:16E   = E0  i  a   ,IH   =  H1   rot  a  ,IE   =  E1   rot   b  ,(1)IIH II = H 0  i  b   ,(2)где a , b - произвольные постоянные векторы; функции  и  удовлетворяютуравнению Лапласа. Индексы (I), (II) соответствуют двум возможным случаямасимптотического разложения:E    E0   2 E2  ...,IH      H1   2 H 3  ...  ,IH    H 0   2 H 2  ...,(3)IIE      E1   2 E3  ... .II(4)В разделе 5.2 рассматривается применение асимптотики уравненийМаксвелла на субволновых масштабах для описания светового ближнего полянанообъектов.Работоспособностьпредложенногоматематическогоформализма проверяется на задаче об излучении осциллирующего диполя.Иллюстрируется общность полученной асимптотики (рис.8).Рис.

8. Иллюстрация общности полученной асимптотики для описания задачближнепольной оптики.Предлагается новый подход к определению ближнепольных компонентсветового поля нанообъектов.В заключении сформулированы основные результаты и выводыдиссертационной работы.17В приложении представлены фотографии работающего программногообеспечения СОМБП в процессе проведения измерений в различных режимахСОМБП.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ1. Создана экспериментальная установка апертурного СОМБП дляисследования пространственных субволновых распределений световогополя, формируемых нанообъектами при лазерном освещении. Реализованрежим трехмерного сканирования СОМБП при облучении образца понормали на просвет и сбором прошедшего излучения зондом в объеме40х40х4 мкм3.

Реализована оптическая схема, позволяющая менятьсостояние поляризации падающего излучения. Реализованы режимыработы СОМБП в моде атомно-силового микроскопа и контактногоСОМБП со сбором излучения зондом. Созданная установка может бытьиспользована в качестве прототипа для производства лабораторныхСОМБП с режимом трехмерного сканирования.Создана лабораторная технология изготовления волоконно-оптическихапертурных зондов для СОМБП.Разработано программное обеспечение СОМБП, обеспечивающеефункционирование всех режимов работы микроскопа и управление этимирежимами через удобный пользовательский интерфейс.2. Методом апертурной сканирующей оптической микроскопии ближнегополя исследованы пространственные распределения светового поля,образующиесяприлазерномосвещенииследующихнаноструктурированных прозрачных диэлектрических объектов:уединенный полимерный наноцилиндр с характерными размерами(диаметр, высота) 700х1100 нм;уединенный полимерный столбик с характерными размерами(длина, ширина, высота) 500х300х550 нм и его реплика;конфигурация из пяти наноцилиндров с характерными размерами(диаметр, высота) 300х(120-150) нм, расположенных на расстоянии 1 мкмдруг от друга, и ее реплика;полимерная решетка в виде квазипериодически расположенныхвыпуклостей на прозрачной подложке с характерными размерами(диаметр, высота) 250х350 нм;18полимерная решетка в виде квазипериодически расположенныхуглублений в прозрачной подложке с характерными размерами (ширина,глубина) 600х350 нм и разбросом длин (2-17) мкм;наноструктурированная пленка из чистого азокрасителя 4,4'-бис-(4N,N-ди(n-бутил)аминофенилазо)бифенил толщиной порядка 300 нм;наноструктурированная пленка из чистого азокрасителя 4,4'-бис-(4N,N-ди(n-бутил)аминофенилазо)бифенил толщиной порядка 300 нм, наповерхность которой помещена конфигурация из четырех микрошариковдиаметром 1 мкм из полистирола;узлы прозрачной кристаллически-структурированной пленки изполимера PEG-4000;узлы прозрачной кристаллически-структурированной пленки изполимера PEG-4000 с добавлениями одиночных микрошариковдиаметром 1 мкм из полистирола.3.

Впервые зарегистрировано формирование одиночных и двойныхоптических спиралей, формируемых прозрачным нанообъектом.Показано, что полимерный уединенный наноцилиндр (диаметр 700 нм,высота 1100 нм) способен формировать оптические спирали в диапазоневысот от 30 нм до 1500 нм над вершиной наноцилиндра при прохождениичерез него непрерывного лазерного излучения с длинами волн 632.8 нм и488 нм. Топология обнаруженных оптических спиралей зависит как отнаправления поляризации падающего лазерного излучения, так и отвысоты над наноцилиндром.

В непосредственной близости к вершиненаноцилиндра формируются как лево-, так и провозакрученныеоптические спирали.Показано, что наличие поверхностных плазмонов не являетсяобязательным фактором для формирования оптических спиралейнанообъектами.4. Вблизи субволновых углублений в прозрачной полимерной подложкенаблюдаются минимумы интенсивности лазерного излучения.

Вблизисубволновых выпуклостей на прозрачной полимерной подложкенаблюдаются максимумы интенсивности лазерного излучения.Наблюдаемые максимумы и минимумы сохраняются в пространстве,уменьшая свой контраст с ростом высоты, исчезая на фоне падающеголазерного излучения на высотах порядка длины волны.195. Эффективность локализации света микрошариком из полистироладиаметром 1 мкм сохраняется при субволновом перераспределениипадающего на него света.6. Разработана методика получения кристаллически-структурированнойпленки из полимера PEG-4000, способной формировать локальныепровалы интенсивности проходящего лазерного излучения.

Отлаженаметодика применения двойной фоторепликации для приготовленияпрозрачных наноструктурированных экспериментальных образцов,содержащихуединенныенанообъектыиквазипериодическиенаноструктуры с характерными размерами порядка длины волнывидимого света.7. При прохождении лазерного излучения сквозь кристаллическиструктурированную пленку из полимера PEG-4000 зарегистрированоформированиелокальныхпроваловинтенсивностиизлучения,представляющих собой расширяющуюся трубку, в которой отсутствуетсвет, с характерными поперечными размерами 1-2 мкм и высотой неменее 3 мкм. Провалы интенсивности наблюдаются в области узловпленки. Локальные провалы интенсивности лазерного излучения могутбыть использованы в качестве «локальных лабораторий» дляисследования собственного рассеянного излучения (без интерференции спадающим излучением) одиночного нанообъекта, а также исследованияинтерференции собственного рассеянного излучения от несколькихнанообъектов и направленного формирования сложных световых полей.8.

Характеристики

Список файлов диссертации