光学与光子学丛书 ”十二五“国家重点图书出版规划项目 扫描近场光学显微镜与纳米光学测量2025|PDF|Epub|mobi|kindle电子书版本百度云盘下载

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基础篇3

第1章 近场光学发展史3

1.1 近场光学和近场光学显微镜的发展简史3

1.1.1 最初的动机——突破衍射极限3

1.1.2 基本概念的提出4

1.1.3 实验证明4

1.1.4 超分辨成像的实现5

1.1.5 表面等离激元和SERS6

1.1.6 现代近场光学显微镜6

1.1.7 PSTM与外差探测方法8

1.1.8 真实图像与虚假图像10

1.1.9 近场散射与场增强10

1.1.10 近场光学与光学天线11

1.2 近场光学理论研究12

1.3 近场光学最近的发展14

1.4 本章小结15

参考文献15

第2章 近场光学原理23

2.1 近场光学原理发展概况24

2.2 从“光学远场”到“光学近场”25

2.3 不确定性原理的解释27

2.4 角谱（平面波展开）方法的解释29

2.5 表面（纳米）结构与隐失场30

2.5.1 全反射与隐失场30

2.5.2 精细结构与隐失场32

2.6 近场光学探测原理34

2.6.1 近场光学探测机理34

2.6.2 Courjon的模型34

2.6.3 近场探测的核心问题36

2.7 近场光学中的互易定理37

2.7.1 互易定理的定义38

2.7.2 互易定理在近场光学中的应用形式39

2.7.3 互易定理在近场光学中的研究进展41

2.8 等离激元光学基本原理42

2.8.1 金属中自由电子的谐振模型42

2.8.2 SPP定义43

2.8.3 SPP的激发条件与方式43

2.8.4 SPP的传播和损耗46

2.8.5局域表面等离激元47

2.9 本章小结49

参考文献50

第3章 光学天线52

3.1 引言52

3.2 光学天线基础52

3.2.1 光学天线及相关物理量的定义53

3.2.2 光学天线的常见形式55

3.2.3 光学天线的研究内容58

3.3 光学天线的研究模型及方法59

3.3.1 经验式F-P共振模型59

3.3.2 纳米等效电路模型62

3.3.3 电流积分模型66

3.4 光学天线的应用68

3.4.1 光学天线在光发射中的应用69

3.4.2 光学天线在纳米成像中的应用71

3.4.3 光学天线的共振调节应用73

3.5 本章小结75

参考文献76

第4章 近场光学探针79

4.1 近场光学探针是光学显微镜的核心器件79

4.2 近场光学探针的原理79

4.2.1 探针与光学分辨率80

4.2.2 探针与成像质量80

4.2.3 探针类型决定了间距控制方式和系统工作模式81

4.3 近场光学探针的种类81

4.3.1 介质探针81

4.3.2 孔径型探针83

4.3.3 散射型近场光学探针91

4.3.4 等离激元探针97

4.3.5 单分子探针和微粒功能探针103

4.3.6 其他功能探针104

4.4 探针与基片间的相互作用105

4.5 近场光学探针的应用105

4.6 本章小结106

参考文献106

第5章 近场光学显微镜系统110

5.1 近场光学显微镜测量系统110

5.2 近场光学显微镜的基本结构110

5.2.1 光源和聚焦耦合系统111

5.2.2 光纤孔径探针或无孔径探针112

5.2.3 探针／样品间距测控与驱动系统112

5.2.4 样品扫描台和探针扫描头112

5.2.5 集光系统113

5.2.6 光电探测与视频监测系统113

5.2.7 数据图像处理系统114

5.3 近场光学显微镜的工作模式和扫描模式114

5.3.1 工作模式114

5.3.2 扫描模式116

5.3.3 几种对比度机制118

5.3.4 光学分辨率极限119

5.4 扫描管与扫描台120

5.4.1 扫描管120

5.4.2 扫描台122

5.5 间距测控——剪切力模式与轻敲模式123

5.5.1 剪切力模式123

5.5.2 法向力轻敲模式126

5.6 多参数照明与矢量光束照明128

5.6.1 多参数照明128

5.6.2 矢量光束及特性130

5.6.3 矢量光束的产生132

5.6.4 矢量光束聚焦136

5.6.5 纵向光场照明激发139

5.7 近场光学显微镜的分类140

5.7.1 扫描近场光学显微镜141

5.7.2 光子扫描隧道显微镜141

5.7.3 孔径型近场显微镜142

5.7.4 散射型近场显微镜142

5.7.5 其他类型近场显微镜143

5.8 本章小结143

参考文献144

第6章 孔径型近场光学显微镜147

6.1 孔径型SNOM的原理148

6.1.1 裸光纤探针的矢量响应特性148

6.1.2 镀铝膜孔径探针的矢量响应特性149

6.2 孔径型近场光学显微镜仪器系统151

6.3 间距测控模式152

6.4 照明模式与集光模式152

6.5 孔径型近场光学显微镜的分辨率153

6.6 孔径探针使用中的问题154

6.7 孔径型近场光学显微镜系统155

6.7.1 近场光学显微镜的位移控制155

6.7.2 近场光学显微镜与近场光学成像156

6.8 孔径型近场光学显微镜的应用159

6.8.1 超分辨成像159

6.8.2 近场光谱学159

6.8.3 近场光刻160

6.8.4 纳米光场多参数测量160

6.8.5 其他应用161

6.9 本章小结161

参考文献161

第7章 散射型近场光学显微镜164

7.1 散射型SNOM的原理164

7.1.1 散射型SNOM系统及工作原理165

7.1.2 散射型探针模型及矢量响应特性166

7.2 散射型SNOM仪器系统170

7.2.1 距离控制方法170

7.2.2 照明激发与散射信号收集171

7.2.3 信号处理与图像重构172

7.3 探针测量中的增强效应174

7.3.1 局域表面等离激元共振效应174

7.3.2 避雷针效应176

7.3.3 镜像偶极子效应——间隙模式与微腔模式177

7.3.4 电场梯度增强效应179

7.4 散射型SNOM的对比度和分辨率182

7.5 散射背景噪声的抑制182

7.6 散射型探针使用中的问题184

7.7 散射型SNOM的应用185

7.7.1 近场光谱测量185

7.7.2 近场光场多参数测量185

7.7.3 新颖低维材料表征186

7.8 本章小结188

参考文献188

测量篇195

第8章 纳米光场参数测量195

8.1 纳米光场多参数测量的概念195

8.2 测量原理与方法196

8.2.1 光强测量197

8.2.2 相位振幅测量197

8.2.3 偏振矢量测量197

8.2.4 光频磁场测量198

8.2.5 光谱测量199

8.3 测量系统与功能探针199

8.3.1 测量系统199

8.3.2 功能探针200

8.4 本章小结201

参考文献202

第9章 强度测量与超分辨光学成像203

9.1 光场（电场）强度测量203

9.2 超衍射分辨光学成像204

9.3 纳米光场强度分布测量208

9.4 聚焦径向偏振光场测量210

9.5 大范围SNOM成像212

9.6 提高SNOM成像分辨率214

9.7 近场光学图像的解释216

9.8 本章小结217

参考文献218

第10章 振幅／相位测量219

10.1 纳米光场振幅／相位测量发展220

10.2 近场探测和探针外差干涉技术221

10.2.1 光学探针外差干涉方法221

10.3 几种典型的光场相位测量方法223

10.3.1 孔径型探针外差干涉系统223

10.3.2 锁相放大器的相位解调原理224

10.3.3 散射型探针外差干涉系统225

10.3.4 散射型伪外差干涉系统228

10.3.5 散射型相移干涉测量系统229

10.3.6 利用CCD相移干涉成像230

10.4 一些改进型的相位测量方法231

10.4.1 空间域和时域追踪相位测量系统231

10.4.2 实时相位漂移误差补偿测量方法233

10.5 本章小结234

参考文献234

第11章 矢量场测量237

11.1 引言237

11.2 矢量场测量基础238

11.2.1 纳米光场矢量特点及偏振描述238

11.2.2 矢量场测量发展及原理244

11.3 单一电场分量测量247

11.3.1 纵向分量测量248

11.3.2 面内分量测量251

11.4 面内电场的偏振测量251

11.4.1 探针外差干涉测量251

11.4.2 探针多外差干涉测量252

11.5 纵向及面内电场的偏振测量255

11.5.1 伪外差干涉椭偏术255

11.5.2 旋转偏振片椭偏术257

11.5.3 散射型功能探针制备261

11.6 全矢量场偏振测量262

11.6.1 组合系统的直接测量262

11.6.2 数值计算的间接测量263

11.6.3 荧光分子探针测量264

11.7 本章小结266

参考文献267

第12章 光频磁场测量270

12.1 光频磁场的间接测量271

12.1.1 基于矢量巴比涅原理的测量方法271

12.1.2 基于法拉第电磁定律的测量方法273

12.2 光频磁场的直接测量276

12.2.1 开口环功能探针测量方法276

12.2.2 Bethe小孔功能探针测量方法279

12.2.3 中空金字塔功能探针测量方法282

12.2.4 孔径探针微扰理论测量方法284

12.3 基于互易定理的电磁场测量方法289

12.4 本章小结292

参考文献292

第13章 近场光谱测量296

13.1 近场光谱术297

13.1.1 近场光谱术的发展297

13.1.2 近场光谱的特点300

13.2 近场光谱测量系统基本结构302

13.2.1 基于孔径探针的近场光谱系统302

13.2.2 基于散射探针的近场光谱系统302

13.2.3 探针增强光谱术302

13.2.4 近场拉曼光谱TERS系统测量304

13.3 光谱成像304

13.3.1 近场光谱成像305

13.3.2 光谱识别与形貌对应分析309

13.4 近场光谱测量应用310

13.4.1 吸收谱310

13.4.2 光致发光荧光激发谱310

13.4.3 拉曼光谱311

13.4.4 光致发光光谱312

13.4.5 瞬态（时间分辨）光谱313

13.4.6 单分子光谱315

13.5 近场空间超分辨光谱318

13.6 本章小结319

参考文献319

应用篇325

第14章 探针增强光谱术325

14.1 传统光谱术与“探针光谱术”325

14.2 拉曼散射与拉曼光谱术326

14.3 近场光谱与“探针光谱”概念330

14.4 探针增强拉曼光谱术的发展331

14.5 TERS探测原理332

14.5.1 TERS测量系统的基本结构335

14.5.2 照明激发与光束优化337

14.5.3 受激照明TERS方法346

14.5.4 间距测控与扫描模式348

14.5.5 Mapping测量349

14.6 TERS的其他关键技术350

14.6.1 TERS探针350

14.6.2 测量系统的稳定性353

14.7 TERS测量系统的评价353

14.7.1 空间分辨率354

14.7.2 对比度和增强因子355

14.7.3 光谱像与光谱识别357

14.7.4 纳米局域光谱数据与纳米形貌数据的对应分析359

14.7.5 TERS探测的限制因素359

14.8 TERS的应用363

14.8.1 化学与单分子检测364

14.8.2 纳米材料检测366

14.8.3 生物样品探测373

14.8.4 纳米几何尺寸和应力测量373

14.8.5 探针增强CARS光谱测量378

14.8.6 高真空超低温和液体环境下的测量383

14.9 本章小结383

参考文献384

第15章 纳米光源测量393

15.1 有源纳米光源——小孔激光器393

15.2 等离激元纳米光源397

15.3 本章小结402

参考文献402

第16章 等离激元光学器件测量404

16.1 超透镜成像测量405

16.2 SPP波导器件测量407

16.2.1一维SPP波导407

16.2.2锥形透射线聚焦波导410

16.2.3圆柱台链SPP结构411

16.3 聚焦原理与聚焦器件测量413

16.3.1 一维SPP结构聚焦与束流413

16.3.2 SPP牛眼结构416

16.3.3 孔阵列SPP聚焦器件418

16.3.4 半弧、多重弧结构SPP聚焦器件419

16.3.5 对称半圆弧结构、对称性破缺结构420

16.3.6 中心对称环分布孔径阵列结构421

16.3.7 径向偏振光照明聚焦422

16.4 SPP分光与反射器件测量423

16.5 纳米光学天线测量426

16.6 阿基米德螺线型光学天线431

16.7 超构材料和超构表面439

16.8 石墨烯单层增强隐失场测量443

16.9 纳米棱镜测量445

16.10 SPP回路测量446

16.11 本章小结447

参考文献448

第17章 纳米光学矢量场测量453

17.1 相位测量在微纳集成光学中的应用454

17.1.1 隐失场测量454

17.1.2 波导模式与传播特性研究456

17.1.3 波导泄漏与光场传输457

17.2 相位测量在等离激元光学器件上的应用458

17.2.1 SPP面内聚焦器件459

17.2.2 SPP干涉460

17.3 相位测量在局域表面等离激元器件上的应用462

17.3.1 Fano共振传感器462

17.3.2 镍纳米光学天线464

17.4 相位测量在空间光场传播特性中的应用467

17.4.1 超构材料与涡旋光场467

17.4.2 空间光场传播特性判断470

17.5 相位奇异点与光和物质的相互作用471

17.6 矢量场测量在光子晶体器件上的应用473

17.6.1 光子晶体微腔的偏振分布474

17.6.2 光子晶体波导的偏振奇异点476

17.7 矢量场测量在SPP器件上的应用478

17.7.1 纳米狭缝衍射场偏振分布478

17.7.2 纳米线阵列器件耦合场分布480

17.8 矢量场测量在光学天线器件上的应用482

17.8.1 纳米光源近场偏振分布483

17.8.2 Bow-tie光学天线偏振分布485

17.8.3 全电介质光学天线偏振分布487

17.9 矢量场测量在光场表征中的其他应用489

17.9.1 全内反射隐失波驻波场测量490

17.9.2 聚焦径向偏振光场测量491

17.9.3 近场圆二色性测量493

17.10 光频磁场测量的应用495

17.10.1 光子晶体微腔模式测量496

17.10.2 光学天线器件共振模式测量496

17.10.3 纳米颗粒共振特性测量497

17.10.4 聚焦径向偏振光的磁场分布测量500

17.11 本章小结500

参考文献502

结束语507

主要名词术语索引509