光子扫描隧道显微镜光纤探针的研制及显微成象研究

探讨了光子扫描隧道显微成象系统中光纤探针对经样品调制后的倏逝场的探测机理；着重研究了光纤探针的腐蚀加工工艺，同时具体分析了单模、多模光纤探针不同的显微成象特点，并与理论数值模拟计算结果相比较；最终应用于多种样品的显微成象，为纳米级分辨的光子扫描隧道显微镜的研制奠定了基础．     

基于力学咬合的楔形腔锥形光纤耦合封装结构研究

对楔形腔光场传输模式进行对比分析,改变MEMS工艺参数,加工出楔角外侧下边缘带有"齿"的10°楔角楔形腔;设计光纤架与壳体,采用力学咬合的方式,对锥形光纤耦合位置进行固定,实现力学无胶封装,消除了封装材料性能退化对倏逝场产生的破坏,获得了稳定的倏逝场耦合模式,进而得到稳定的高品质因数(Q);封装前后楔形腔倏逝场耦合模式改变微小,Q值不随时间产生退化。使用高速转台对封装结构进行稳定性测试,5g离心转动前后,楔形腔与锥形光纤耦合位置不变。     

AF/PSTM图像分解方法及其数值模拟结果

介绍1996年申请的一项发明专利--光纤尖"共振原子力/光子扫描隧道显微镜（AF/PSTM）"图像分解方法。该方法用入射角以光纤尖轴线为π对称的光束照明样品消假像,在AF/PSTM双功能弯光纤尖共振频率条件下,采用等尖至样品平均间距（即等振幅）扫描或等光子隧道信息平均强度扫描两种模式成像,分解样品光学图像和形貌图像。用最简单的PSTM两介质模型推导了近似的图像分解的解析表达式,最后用PSTM四介质模型数值模拟结果说明了该方法是可行的和有效的。     

倏逝场作用氧化石墨烯大能量耗散孤子锁模双包层光纤激光器

报道了倏逝场作用氧化石墨烯的可饱和吸收体用于锁模掺镱双包层光纤激光器,产生大能量151.54nJ耗散孤子.利用熔锥光纤倏逝场诱导沉积氧化石墨烯方法,所制备的可饱和吸收体不仅拥有耐高功率、光纤兼容等优点;而且,熔锥光纤引入光带通滤波,有益于耗散孤子在光纤激光腔中形成.同时结合光纤包层泵浦技术,高脉冲能量耗散孤子在锁模掺镱双包层光纤激光器中被获得,产生的耗散孤子单脉冲能量高达151.54nJ,重复频率271.4kHz,信噪比57dB.     

长程表面等离子体共振生物传感器的制备与应用

长程表面等离子体共振(LRSPR)是超薄金属膜两侧的衰逝场发生耦合后所形成的一种新型表面光学现象.与传统的表面等离子体共振(c SPR)相比,LRSPR的表面衰逝场具有更强的表面电磁场强度、更长的表面传播距离以及更大的穿透深度.因此,基于LRSPR现象的生物传感器被认为特别适合细胞或细菌等较大生物分子的检测及行为研究.为了更好地了解LRSPR生物传感器的最新研究进展,本文总结了LRSPR的光学原理、生物传感芯片的制备以及LRSPR传感器在生物检测领域的最新应用.     

等离子喷涂ZrO28Y2O3和NiCrAlY表面激光散射实验研究

针对两种等离子热喷涂涂层ZrO2 8Y2 O3和NiCrAlY (金属基底 )的不同粗糙表面的实验样品进行了激光空间散射场实验研究 .采用了He Ne激光光源 (波长λ =6 33.0nm ;激光功率P =2mW ) .将激光束倾斜一定角度直接照射到实验样品上 ,在不同散射角和不同散射空间距离位置上用面阵CCD传感器探测空间散射光场分布 .实验结果表明 :不同散射方向的空间散射光场分布是不一样的 ,从而为进一步利用光学方法测量热喷涂涂层工业参数 ,诸如涂层厚度 ,表面形态等提供了一定的实验依据     

基于圆弧刀补偿加工的平面调制切削技术研究

针对尖刀加工的平面调制微结构表面质量差以及尖刀顶部尖角易磨损的现象,本文系统分析了尖刀在加工平面调制结构时轮廓误差的形成机理,发现了尖刀加工调制表面的轮廓误差大且存在难以补偿的特性,调制结构的轮廓误差与刀尖宽度成正比,与调制的周幅比值(λ/a)成反比．为此,本文提出了采用圆弧刀具结合刀具半径补偿方法以降低平面调制样品轮廓误差的技术方案．实验结果表明,采用圆弧刀结合刀具补偿方法对平面调制结构的轮廓精度提升具有显著作用,相比于尖刀切削,圆弧刀补偿加工的一维调制样品获得了更高的表面质量和轮廓精度．针对幅值a=4μm,周期λ=60μm的平面调制样品,采用圆弧刀补偿加工方案,调制样品的表面粗糙度R_a值由59.66 nm降至21 nm,轮廓误差精度提高了约20%.     

聚合物棱镜耦合SPR芯片的研究

为了开发用于生物医学和化学检测的小型化表面等离子体谐振分析芯片,采用了体硅工艺和聚合复制工艺,研制出聚合物棱镜与耦合玻璃层的SPR芯片及微流体沟道.在理论上分析了聚合物折射率、耦合玻璃层的折射率和厚度、金膜厚度及光学干涉对SPR曲线的影响,分析表明聚合物与耦合玻璃层的折射度差值是影响SPR曲线的主要因素.在波长650 nm,金膜厚度为50 nm时,采用角度调制的方式,测试以水和空气为介质的SPR曲线,测试结果与理论分析很相近.     

准分子激光对304不锈钢表面的改性研究

将深紫外波段的248 nm的KrF准分子激光作用于304不锈钢,通过调制激光能量、脉冲频率、轰击时间等实验参数,研究了不同参数下的样品表面硬度及表面显微形貌,探讨了激光处理后的材料表面硬度和激光参数以及表面显微形貌之间的关系,分析了激光表面处理对304不锈钢硬度调制的优化参数.     

微纳米光纤腐蚀动力学及其光学特性研究

本文利用氢氟酸腐蚀石英光纤的方法，制备出微纳米光纤，并通过实验及OptiFDTD软件研究微纳米光纤的光学特性。在实验中通过利用CCD与数据采集卡对氢氟酸腐蚀中的石英光纤进行实时监控来研究微纳米光纤的光功率损耗与直径的关系，发现微纳米光纤的光功率损耗与直径关系曲线大致符合玻尔兹曼函数模型。而通过OptiFDTD软件模拟微纳米光纤的波印廷矢量分布的结果，发现了随着微纳米光纤直径的减小，微纳米光纤的倏逝场会越来越大，而且当微纳米光纤直径与输入的光波波长相比拟时，光波几乎只沿着光纤的表面传播。实验结果表明微纳米光纤具有制备简单、尺寸小、倏逝场大等优良特性，在传感器等领域展示出诱人的应用前景。     

PSTM四层介质理论探测场的数值模拟

使用最新光子扫描隧道显微镜探测场的理论计算公式，采用比较符合实际探测的理论模型，对ＰＳＴＭ探测场进行了计算机数据模拟，对探测场分布随扫描控制参量的变化规律进行了系统的研究，     

近场光学与近场光学显微镜

近场光学是研究距离物体表面一个波长以内的光学现象的新型交叉学科。基于非辐射场的探测与成像原理,近场光学显微镜突破常规光学显微镜所受到的衍射极限,在超高光学分辨率下进行纳米尺度光学成像与纳米尺度光谱研究。本文将讨论近场光学的基本原理,非辐射场的探测与高分辨率的关系;光学限阈及隐失场在近场光学中的重要性;以及近场信息的获取方法。对近场光学显微镜的主要类型及相应的仪器发展,分辨率,衬度原理做一综述。同时简要介绍近场光学显微镜在超高分辨率光学成像,近场局域光谱,高密度数据存储,在生命科学,单分子光谱,量子器件发光机制等领域中的应用。     

光子扫描隧道显微镜的关键问题及实验研究

光子扫描隧道显微镜（ＰＳＴＭ）是一种高分辨率的扫描探针式显微镜。本在简略地介绍了ＰＳＴＭ的工作原理及实用系统的基础上，着重讨论了光纤探针的制备和扫描偏移、耦合误差的定理计算这两具关键技术问题，提出了一种分析扫描偏移及耦合误差的理论计算方法，并由此推导出计算公式，应用自行研制的ＰＳＴＭ系统、成功地对光栅、鱼鳞片等样品显微成象并作了分析，图象的质量和分辨率达到了较好的水平。     

多光子近场共焦光学扫描显微镜表面非传播光场的特性研究

对多光子近场共焦光学扫描显微镜非传播光场的特性进行了系统的理论分析。导出了多光子近场共焦光学扫描显微镜表面非传播光场的频率宽与相差的测不准关系表达式及二维的点扩散函数光学传递函数和能量分布表达式。研究结果表明：多光子近场共焦光学扫描显微镜比单光子共焦显微镜具有更高的横向分辨率和纵向分辨率。而多光子近场共焦光学扫描显微镜比双光子共焦显微镜具有更高的空间分辨率。样品置于其表面的非传播光场内,能得最佳的超分辨效果。     

光子扫描隧道显微镜探测场的理论研究

对光子扫描隧道显微镜探测场进行了理论研究，由于在实际探测时支承样品的玻璃与样品间的折射率是不同的，计入支承样品玻璃影响，得出了比较符合实际的探测场理论计算公式。     

TM polarization characteristics on thermal radiation of a negative refractive index thin film

Thermal radiation TM polarization characteristics of a negative refractive index thin film was studied based on the transmit matrix method and Kirchhoff radiation law. The influence of the thin film parameters on the thermal radiation directional characteristics and spectral property were discussed. And the influence of the evanescent waves was also discussed. The results show that two factors play important roles in the thermal radiation of negative index thin film: one is the interference effect of the thin film structure to the electromagnetic waves; the other is the photon tunneling effect of the negative refractive index material, which was caused by the amplifying evanescent wave. These indicate that spectral and directional characteristics of the thermal emissivity can be modulated by modifying the structure and the physics parameters of the negative refraction index thin film. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50606003) and Aeronautic Science Foundation of China (Grant No. 2007ZA51006)     

Thermal radiation scanning tunnelling microscopy

In standard near-field scanning optical microscopy (NSOM), a subwavelength probe acts as an optical 'stethoscope' to map the near field produced at the sample surface by external illumination. This technique has been applied using visible, infrared, terahertz and gigahertz radiation to illuminate the sample, providing a resolution well beyond the diffraction limit. NSOM is well suited to study surface waves such as surface plasmons or surface-phonon polaritons. Using an aperture NSOM with visible laser illumination, a near-field interference pattern around a corral structure has been observed, whose features were similar to the scanning tunnelling microscope image of the electronic waves in a quantum corral. Here we describe an infrared NSOM that operates without any external illumination: it is a near-field analogue of a night-vision camera, making use of the thermal infrared evanescent fields emitted by the surface, and behaves as an optical scanning tunnelling microscope. We therefore term this instrument a 'thermal radiation scanning tunnelling microscope' (TRSTM). We show the first TRSTM images of thermally excited surface plasmons, and demonstrate spatial coherence effects in near-field thermal emission.     

多孔硅分形的初步研究

用扫描隧道显微表征了多征硅的表面结构，发现它的Ｈａｕｓｄｏｒｆｆ维数Ｄ的值为１．８８，与逾渗模型的值相等。