• 产品名称:三十年来重大突破:光学转化效率提高2个数量级
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  • 发布时间: 2019-09-03
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  针对现有NSOM探针的上述各式题目,指日加州大学河边分校的闫若雪讲授和刘明教讲课题组协作正在NSOM探针的转化效劳上做出了强大冲破——颁布了一种两步走宽波段纳米聚焦身手,利用光纤耦合银纳米线扫描探针同时入射激光和搜集光谱信号。此项身手将外部纳米聚焦效劳从现有的约千分之一擢升了几个数目级,到达了空前未有的50%,而且可运用于险些一切可睹光限制。运用此项身手,他们胜利地将一个教学用的STM摆设改装成无透镜全光纤针尖巩固拉曼光谱仪,并到达了1 nm的空间判袂率。

  为进一步分析选取性引发TM0模和双向宽带耦合,作家咨议了银纳米线和光纤连合处区别模的演化流程。如图4a所示,正在纳米聚焦流程中,当LP01

  咨议团队利用光学显微镜正在银纳米线和光纤连合处至银纳米线尖端之间沿着探针轴偏向改造聚焦平面的本领验证上述选取性引发TM0模外面的牢靠性(图2a)。实习说明正在532 nm和633 nm激光引发下,银纳米线与光纤连合处的散射险些为零,说明了极高的耦合效劳。正在银纳米线尖端的甜甜圈形的光斑胜利证据选取性引发TM

  提出了一种两步走纳米聚焦新思绪,正在大部门可睹光区将光学转化效劳擢升2个数目级。

  3.初次竣工全光纤无透镜针尖拉曼成像,正在浅易的便携式微型桌面STM上即可到达1nm的针尖拉曼成像判袂率。

  正在近场扫描光学显微镜(NSOM)中,引发光被集聚成直径远小于波长的倏逝波(evanescent wave)。当倏逝波与样品隔断极小时,光学判袂率就仅仅定夺于倏逝波的尺寸而非衍射极限。纵然NSOM动作一项冲破了远场判袂率极限的身手由来已久,况且众项外面及实习校正计划被提出并验证,然而底细上因为各式身手限度,NSOM正在近20年来起色慢慢。

  01-TM0模相成婚,大部门的能量被蜕变到TM0模中,仅有少量能量糟粕正在光纤内,留待LP01-HE1模相成婚。以是正在4微米的耦合限制内,突出99%的入射能量蜕变到了银纳米线中。纵然金属会将光转化为热,而正在光纤端部仍有约70%的能量被保存正在TM0模中。信号搜集流程与纳米聚焦反向然则同样依赖于谐振模耦合。图4b注解了反向耦合流程中模的演化,TM0模最初行使LP01模做跳板耦合到HE1模,然后正在相应的相成婚区域耦合到LP01模。因为耦合区域的锥体构制能够知足区别波长的相成婚条款央浼,AgNW-OF耦合器可合用于大部门的可睹光谱。正向和反向的TM0模的外部耦合效劳正在一切绿光和红光限制内都能到达60~70%。随后作家行使k空间成像实习量化了TM0模比重和外部耦合效劳。实习说明200 nm直径的银纳米线 nm波长激光引发时,TM0模的比重为别为40%, 72%和66%。

  该任务涌现了以光纤为根源的两步走纳米聚焦本领可将外部纳米聚焦效劳大范畴擢升到达近50%。这项身手可与众种扫描探针显微镜维系而无需笨重光学聚焦体系即可竣工超强信号巩固和清洁的光学布景。利用这种探针与简捷的STM摆设维系,作家正在无镜头TERS实习中竣工了1nm判袂率并正在低于1μ

  4.基于光纤的纳米聚焦身手大大降低了纳米扫描光学探针机能和众性能性,使纳米光学显微身手易于维系到种种现有的衡量平台。

  上文涌现了高效纳米聚焦身手并证据了光纤银纳米线耦合探针中可选取性引发TM0模。以光纤和尖头银纳米线为根源的扫描探针与平时STM摆设组成的TERS无需笨重的光学体系和精细的校准设施却涌现出极高的机能。行使这种轻省的摆设,作家

  2.打算了首例光纤耦合纳米线近场光学扫描探针,光引发和信号搜集都通过探针竣工,无透镜体系,不需求调光道,大大简化了高判袂纳米光学成像的仪器和操作。

  高效劳纳米聚焦的根源是选取性高效引发径向偏振的皮相等离子形式(surface plasmon polariton, TM0mode)。由于相较于其他高阶模更加是HE1SPP模,TM0模没有截断直径的限度,以是能够被有用集聚到银纳米线尖端。为竣工选取性引发TM0模,本文采用了对区别阶的模分段耦合的形式。如图1d,f所示,线)由光纤导入并向渐细的光纤端部传导。跟着光纤变细,有用模指数nOF和相常数kOF减小。当nOF贴近银纳米线模指数时,大部门的入射光能量由光纤的LP01模转为银纳米线SPP模。当k不行婚年华纤和银纳米线之间的能量隧穿住手,以是由光纤导入的能量被锁正在银纳米线e揭示了纳米聚焦流程。TM0SPP模率领大部门的入射光能量被进一步压缩到银纳米线°角度的尖头银纳米线,正在可睹光波长限制内可竣工约70%的纳米聚焦效劳。

  个中一个厉重限度来自于NSOM探针的光学转化效劳。目前利用的探针,更加是高空间判袂率的探针只可将少于10-3的入射光转化为倏逝波,而未被转化的入射光则造成了布景噪音。其余极为繁复的探针创制、仪器打算和敏锐的光道校准等实质题目极大的限度了NSOM与其他科研摆设的维系运用。

  W入射激光下取得了1520 cps的信号强度。更为厉重的是这种浅易而又可正在纳米层级高效入射和搜集光信号的形式,正在与其他已有高判袂摆设维系联合利用方面有着极大潜力。

  模。随后k空间成像(图2e)进一步证据了正在532 nm和633nm波长激光引发下,银纳米线模占主导身分。

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