金属涂层扫描近场光学显微镜针尖中光传播的数值模拟

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。