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金属涂层扫描近场光学显微镜针尖中光传播的数值模拟

DOI：10.3176/proc.2017.4.12 期刊：Proceedings of the Estonian Academy of Sciences 出版年份：2017 更新时间：2025-09-04 15:30:14
摘要： 本文展示了针对特定类型金属包覆锥形尖端（其末端为亚波长输出孔径的SiO2多模光纤）中电磁激励传播的数值模拟结果。开展这些数值模拟旨在更好地解释先前报道的实验结果——该实验研究了此类尖端传输宽带光时所呈现光谱调制介观效应的若干特征。该效应源于从金属包覆尖端射出的少量波导模式之间的干涉，实验结果表明所研究尖端可能存在模式选择性的光子-等离激元耦合。为匹配实验条件，将800纳米波长光入射下的尖端建模为三层结构体系（中间为粘附层铬，外层为铝或金）。但受计算限制，仅对最关键的18微米尖端末端进行了建模。数值模拟得出了最强输出模式（包括光子模式和等离激元模式）的传播常数与衰减常数随光纤纤芯半径的变化关系，确定了最可能促成观测光谱调制的模式组合。虽然模拟未发现明确的模式耦合，但实际尖端的缺陷可能导致涉及两个以上模式的模式转换。薄至20纳米的铬层对其与SiO2界面产生的等离激元模式起主要作用，这解释了为何外层金属对观测到的模式色散影响较小。
作者： Ardi Loot，Viktor Palm，Vladimir Hizhnyakov
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研究概述 实验方案

研究目的

研究电磁激发在某些涂有金属的锥形尖端中的传播，这些尖端终止于具有亚波长输出孔径的SiO2多模光纤上，并更好地解释先前报道的关于此类尖端传输的宽带光所观察到的光谱调制介观效应某些特征的实验结果。

研究成果

数值模拟表明，金属包覆扫描近场光学显微镜针尖中模间色散增强的两种可能机制，但根据现有实验数据集无法明确区分这两种情况。建议开展新实验，采用附着层更薄的SNOM针尖，从而使等离激元模式能与外层金属包覆充分相互作用。

研究不足

由于计算限制，仅对长度为18微米的针尖末端进行了建模。模拟未显示任何明确的模式耦合，但实际针尖的缺陷可能导致模式转换，这意味着可能涉及两个以上的模式。

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