锥形微纳光管的亚波长聚焦
微纳光电子练习题
一、简答题：1. 套准精度的定义,套准容差的定义。
大约关键尺寸的多少是套准容差.套准精度是测量对准系统把版图套准到硅片上图形的能力。
套准容差描述要形成图形层和前层的最大相对位移。
一般，套准容差大约是关键尺寸的三分之一。
2. 亚波长结构的光学特性。
亚波长结构的光学特性：-- 光波通过亚波长结构时，光的衍射消失，仅产生零级反射和透射，等效为薄膜，可用于抗反射元件和双折射元件；-- 采用空间连续变化的亚波长结构可获得偏振面的衍射，形成新型偏振器件；-- 表面等离子波亚波长光学利用表面等离子体波共振（SPR）原理：波导，小孔增强，局域增强等4. 微电子的发展的摩尔定律是什么?何谓后摩尔定律？集成电路芯片的集成度每三年提高4倍，而加工特征尺寸缩小倍，这就是摩尔定律5. 单晶、多晶和非晶的特点各是什么？单晶：几乎所有的原子都占据着安排良好的规则的位置，即晶格位置；——有源器件的衬底非晶：如SiO2, 原子不具有长程有序，其中的化学键，键长和方向在一定的范围内变化；多晶：是彼此间随机取向的小单晶的聚集体，在工艺过程中，小单晶的晶胞大小和取向会时常发生变化，有时在电路工作期间也发生变化。
6. 半导体是导电能力介于___导体_____和___绝缘体_____之间的物质；当受外界光和热作用时，半导体的导电能力___明显变化______; _______往纯净的半导体中掺入某些杂质_______可以使半导体的导电能力发生数量级的变化。
7. 在光滑的金属和空气界面，为什么不能激发表面等离子体波？对于光滑的金属表面，因为表面等离子体波的波矢大于光波的波矢，所以不能激发表面等离子体波。
8. 磁控溅射镀膜工艺中，加磁场的主要目的是什么？将电子约束在靶材料表面附近，延长其在等离子体中运动的轨迹，提高与气体分子碰撞和电离的几率9. 谐衍射光学元件的优点是什么？高衍射效率、优良的色散功能、减小微细加工的难度、独特的光学功能10.描述曝光波长与图像分辨率的关系，提高图像分辨率，有哪些方法？K1 is the system constant 工艺因子：0.6～0.8NA = 2 ro/D, 数值孔径改进分辨率的方法增加NA 减小波长减小K111. 什么是等离子体去胶，去胶机的目的是什么？氧气在强电场作用下电离产生的活性氧，使光刻胶氧化而成为可挥发的CO2、H2O及其他气体而被带走；目的是去除光刻后残留的聚合物12. 硅槽干法刻蚀过程中侧壁是如何被保护而不被横向刻蚀的？通过控制F/C的比例，形成聚合物，在侧壁上生成抗腐蚀膜13. 折衍混合光学的特点是什么？折衍混杂的光学系统能突破传统光学系统的许多局限，在改善系统成像质量减小系统体积和质量等诸多方面表现出传统光学不可比拟的优势14. 刻蚀工艺有哪两种类型？简单描述各类刻蚀工艺。
亚波长 和纳米
亚波长和纳米1.引言1.1 概述概述部分的内容应该是对亚波长和纳米的简要介绍和定义。
可以按照以下方式编写内容：引言部分：亚波长和纳米是两个在科学技术领域中非常重要的概念。
亚波长通常指的是波长小于光的真空波长的现象或技术，而纳米是指尺寸在纳米级别的物质或结构。
在现代科学和工程中，由于纳米和亚波长现象的应用变得越来越广泛，我们需要深入了解和探索亚波长和纳米的特性和应用。
在本文中，我们将对亚波长和纳米进行详细的介绍和探讨。
本文将分为三个主要部分。
首先，在引言部分，我们将给出关于亚波长和纳米的概述，并介绍本文的结构和目的。
然后，在正文部分，我们将详细介绍亚波长和纳米的相关概念、原理和应用。
我们将探讨亚波长的研究和技术在光学、电子学、材料科学等领域的重要性，并介绍纳米材料、纳米器件以及纳米技术在生物医学、纳米电子学等领域的应用。
最后，在结论部分，我们将总结整篇文章的主要内容，并展望亚波长和纳米领域的未来发展方向和挑战。
通过对亚波长和纳米的全面探讨，我们希望读者能够更好地理解和应用亚波长和纳米技术，促进这些领域的研究和发展，为科学技术的进步和人类社会的发展做出贡献。
1.2文章结构文章结构部分的内容应包含以下信息：文章结构部分旨在介绍本篇长文的整体框架和组成部分，以便读者能够更清楚地理解文章的内容和目的。
本文分为三个主要部分：引言、正文和结论。
下面将对每个部分进行详细说明。
1. 引言部分:引言部分主要包括概述、文章结构和目的三个方面。
1.1 概述:在概述中，将简要介绍亚波长和纳米的概念和背景。
可以提到亚波长和纳米在科技领域的重要性和应用前景。
1.2 文章结构:文章结构部分即是当前所在的部分。
在这一部分中，将详细列出本文的大纲和各个章节的标题。
文章结构的明确呈现有助于读者更好地理解文章内容的组织结构。
1.3 目的:在这一小节中，阐明撰写本文的目的和意义。
可以描述为推动亚波长和纳米研究的进展、深化对亚波长和纳米的理解等。
论文翻译——柔性超表面超材料
柔性超表面和超材料：微、纳材料及其制备工艺Flexible metasurfaces and metamaterials: A review of materials and fabrication processes at micro- and nano-scalesSumeet Walia,Charan M. Shah,Philipp Gutruf,Hussein Nili, Dibakar Roy Chowdhury,Withawat Withayachumnankul,Madhu Bhaskaran, and Sharath Sriram 三碗译摘要：使用柔性基板的超材料具备可弯曲、拉伸、旋转的特性，这为电磁波的控制提供了新的方向，并且为新功能和设计的研发提供了依据。
本文综述了基于柔性可塑基板的THz、可见光频段的超材料及其加工技术，并且提及了设备的调谐方法。
在论述加工工艺及处理技术之后，文章中给读者总结出了适合柔性超材料基板的电磁和机械特性，并提到了用于实现超材料可调谐性的新方法。
把超材料变成可实际应用的设备已是大势所趋。
引言：超材料是一种亚波长工程结构的电磁材料，通过特殊设计，它可以展示出入射电磁波电磁的耦合。
这让超材料具备了一些特性，比如异常反射及折射、完美吸波和亚波长聚焦等。
但是，由于缺少稳定可靠的调谐技术，超材料广泛应用的脚步被长期的制约着。
可协调性可以通过操作控制材料和入射波的交互作用来得到，以此来达到所需的波的传播、反射及吸收。
尽管超材料设计的几何可测性给了超材料过去几十年的辉煌，如果所使用的材料是柔性的，对于t Hz方面的应用，如隐身、传感、超透镜（一种拥有在衍射极限下分辨率的透镜）、芯片上光子及光电子器件、完美吸波器和能量收集可以得到很好的改善。
柔性器件依赖于较低的表面能量复合材料而实现，如聚二甲基硅氧烷橡胶，它可以粘附在一些等角的表面以便组合到弯曲的表面、表皮或者包装材料上面，而不仅仅是用在坚硬平整的面上。
锥形微纳光纤传输特性研究的开题报告
锥形微纳光纤传输特性研究的开题报告一、研究背景和意义微纳光纤是一种非常重要的微纳材料，其具有直径亚微米级别的特点，能够实现对光的高效传输。
锥形微纳光纤是其中一种特殊形态的微纳光纤，由于其特殊的形态，在纳米科技研究、生物医学等领域有着广泛的应用前景。
但是，由于其在制造过程中极易受到压力和温度等外界环境的影响，导致其传输特性难以稳定控制，这就给其应用带来了很大的困难。
因此，本研究旨在从锥形微纳光纤传输特性出发，开展研究，为其在应用领域的发展提供技术支撑和理论指导。
同时，对于锥形微纳光纤制造和控制的技术层面也有很大的促进作用。
二、研究内容本研究的主要内容包括以下三个方面：1. 制备锥形微纳光纤。
本研究将采用光刻和电化学蚀刻等制备方法，制备出直径在几百纳米到几微米范围内的锥形微纳光纤，确保其光学性能稳定。
2. 研究锥形微纳光纤的传输特性。
本研究将通过实验和理论仿真的方法，研究锥形微纳光纤在不同环境条件下的光学传输特性，并探究其表面等离子体共振和微腔共振等效应的作用机制和规律。
3. 探究锥形微纳光纤的应用前景。
本研究将重点探讨锥形微纳光纤在纳米生物传感、激光光谱分析、光通信和量子光学等领域中的应用前景，并根据实验数据和理论分析结果，提出优化其传输特性的方法和措施。
三、研究方法本研究将采用实验室制备的方式，利用光刻和电化学蚀刻等技术制备出锥形微纳光纤。
并采用光学显微镜、扫描电子显微镜等技术对制备得到的光纤进行表征，同时通过红外光谱等技术对其光学性能进行验证和测试。
在研究锥形微纳光纤传输特性方面，将通过太赫兹时域光谱技术、全息干涉技术、扫描探针显微镜等实验手段进行研究，并结合仿真分析方法，探究其表面等离子体共振和微腔共振等效应的作用。
在探究锥形微纳光纤应用前景方面，将在相关领域开展文献综述和数据分析，综合理论分析和实验结果，对其应用前景进行系统性研究和探讨。
四、预期成果本研究预期将主要取得以下成果：1. 成功制备出直径在几百纳米到几微米范围内的锥形微纳光纤，并对其光学性能进行验证和测试。
亚波长微纳光学的前沿研究(一)
步 ， 们把 导线 阵 列 和 有 缺 口的环 形 共 振器 这 两种 结 他
负值 的 材料 ， 以 ， ｓｌｇ 所 Ｖｅｅ ｏ的研 究 成 果并 没 有 引 起 当 时 ａ
学术 界 的重 视 。直 到 ２ Ｏ世纪末 ， 国物理 学家 Ｐ ｎ ｒ 重 英 ｅｄｙ
新 开启 了这 方面 的工作 。他 在 有 缺 Ｅ 的 环 形 共 振 器［］ ｓ ｌ．ｉｇ ｒｓｎ ｔｒ 和 ｌ （ ｐｉ ｒ ｅｏ ａｏ ， ｔ ｎ
尽 管 负折 射率 材 料 体 现 出诸 多 的奇 特 性 质 ， 由 于 但
人们 没有 在 自然界 中发 现介 电 常数 ｅ和 磁导 率 ／ Ｊ同时 为
在 研 究 小组 在 特 殊 的光 学 材 料 —— 负 折 射 材 料 和 黑 硅 材 料 制备 和 特 性研 究 方 面 的相关 进 展 。
于 这种 材 料 遵 守左 手 定 则 ｋ＝ 一Ｅ ×Ｈ ， 因此 这种 材 料
被 称 为 “ 手 材 料 ” １ｆ—ａ ｄ ｄ ｍａｅ ｉｌＬＨＭ ） Ｖｅ 左 （ｅｔｈ ｎ ｅ ｔｒ ， ａ 。 —
１ 概 述
微 纳光 学 是 指 微 纳 米 尺 度 下 的光 学 现 象 。 随 着 光 学 器 件 和光 学 系统 不 断 的 微 型化 ， 光学 特性 也 会 发 生 其 变 化 ， 特 征 尺 寸 达 到 微 纳米 量 级 时 ， 出现 很 多 宏 观 当 会 条 件 下 没有 的 新现 象 。负折 射 材 料 的 出 现 ， 为人 们 提 供 控 制 光 和 电磁 波行 为 的全新 手段 ； 而利 用 飞 秒激 光 脉 冲 与 硅 材 料相 互 作用 获 得 的 黑 硅 材 料 ， 在太 阳 能 电 池 等 应
微纳光学结构及应用
1引言微纳光学主要指微纳米尺度的光学效应，以及利用微纳米尺度的光学效应开发出的光学器件、系统及装置。
微纳光学不仅是光电子产业的重要发展方向之一，也是目前光学领域的前沿研究方向。
微纳光学的发展是由大规模集成电路工艺水平的进步所推动的。
早在20世纪50年代，德国著名教授A.W.Lohmann [1]就考虑到利用光栅的整体相移技术对光场相位编码，以实现对光波的人工控制。
1964年夏季，A.W.Lohmann 教授指导大学生Byron ，利用IBM 当时先进的制版设备演示了世界上第一张计算机全息图。
随后的衍射光学进展都可以看作是人为地控制或改变光的波前，从这个意义上说，这个工作具有革命性的意义。
随着半导体工艺技术的进步，微米尺度的任意线宽都可以加工出来。
由此，达曼提出一种新型的微光学分束器件，后人叫做达曼光栅[2]。
达曼光栅通过任意线宽的二值相位调制，将一束激光分成多束等强度的激光。
其制作充分利用了微电子工艺技术，是一个典型的微光学器件[3]。
达曼光栅一般能产生一维或者二维矩阵的光强分布。
周常河等[4]提出了圆环达曼光栅，也就是不同半径的圆孔相位调制，实现多级等光强的圆环分布。
我们知道，圆孔的傅里叶变换是贝塞尔函数，而矩形的傅里叶变换是SINC 函数，因此，虽然达曼光栅和圆环达曼光栅的物理本质一样，但是其数学处理却不相同[5]。
随着制造技术水平的进步，出现了一些纳米光学领域的新概念：光子晶体（Photonic Crystal ）[6]、表面微纳光学结构及应用Micro-&Nano-Optical Structures and Applications摘要简短回顾微纳光学的几个重要研究方向，包括光子晶体、表面等离子体光学、奇异材料、负折射、隐身以及亚波长光栅等。
微纳光学不仅成为当前科学的热点研究领域，更重要的是，微纳光学是新型光电子产业的发展方向，在光通信、光存储、激光核聚变工程、激光武器、太阳能利用、半导体激光、光学防伪技术等诸多领域，起到了不可替代的作用。
锥形微纳光纤传感器的优化设计
锥形微纳光纤传感器的优化设计锥形光纤在荧光传感领域应用广泛。
其中，由自由基光聚合法制成的锥形微纳光纤（PTOF）具有制造工艺灵活、耗能低的优点。
为了提高荧光收集效率，进而提高锥形微纳光纖传感器的灵敏度，文章在不同曝光时间和曝光功率下制作了不同尺寸的PTOFs作为传感头，对包埋在锥形尖端的荧光素进行荧光收集。
实验结果表明，25μW，5s下生成的PTOF有较好的荧光收集效率，约为端面切平光纤的9.6倍。
标签：PTOF;光纤传感;溶胶凝胶法;荧光收集特性锥形光纤具有倏逝波强度强和荧光收集效率高等优越特性[1，2]。
常用的制作锥形光纤的方法有化学腐蚀法、熔拉法及研磨法[3]。
2009年，R.Bachelot等在前人基础上通过自由基光聚合法在单模光纤末端形成聚合物微尖端[4]。
与其它制锥工艺相比，该方法相对简单，损耗低，对技术要求较低，更易于控制形状参数[4]。
制作PTOF过程中，光敏试剂被引发交联聚合反应时的曝光时间和曝光功率等对PTOF的形状有影响。
本文通过不同尺寸PTOF荧光收集效率的比较，对锥形微纳光纤传感器进行优化设计。
1 锥形微纳光纤的制作1.1 实验原理本实验在R.Bachelot[4]改进的光致聚合法制锥工艺基础上制备锥形光纤。
原理可表述为，在450nm到550nm之间某一波长的激光照射下，光敏试剂被引发交联聚合反应，进而在石英光纤端面形成可以看作纤芯延伸的聚合物尖端。
1.2 制作步骤首先配制光敏试剂。
配方如下：3.5937g多官能丙烯酸酯单体季戊四醇三丙烯酸酯，303ul染料敏化剂曙红-Y，0.0196g共引发剂甲基二乙醇胺。
混合上述试剂并在室温、1800rpm条件下水浴搅拌6h。
在25℃的暗室中制造PTOF。
端面切平光纤一端垂直浸入光敏试剂并匀速拉出，来自488nm 激光器的激发光通过衰减器衰减到微瓦水平，被40倍物镜耦合到光纤中，由纤芯到达光纤末端覆盖的试剂。
在PTOF制造过程中，使用光功率计调整到达光纤末端光的功率（曝光功率）;使用光学快门控制试剂的曝光时间。
基于微纳光纤双模式干涉的亚波长聚焦光场及光捕获应用
基于微纳光纤双模式干涉的亚波长聚焦光场及光捕获应用吴婉玲;王向珂;虞华康;李志远
【期刊名称】《物理学报》
【年(卷),期】2024(73)10
【摘要】本文报道了一种基于微纳光纤中双模式干涉的亚波长聚焦方法.利用微纳光纤中两种特定导模在微纳光纤端面处的干涉效应,在微纳光纤端面出口处获得了具有单焦点或多焦点的聚焦光场,并可通过调节两个模式之间的相位差、功率比分别实现聚焦光场的焦深、焦斑相对强度调谐,从而实现对纳米颗粒可调谐的选择性捕获.根据聚焦光场中不同焦点处所对应的捕获刚度和势阱深度的不同,可以对不同大小的纳米颗粒实现分类.这种微型化全光纤的亚波长聚焦方法,将可应用于操纵纳米颗粒、超分辨率光学成像和纳米光刻等领域.
【总页数】13页(P37-49)
【作者】吴婉玲;王向珂;虞华康;李志远
【作者单位】华南理工大学物理与光电学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN9
【相关文献】
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3.微纳光子学亚波长器件研究的重要进展——逆向干
涉相消法提高波分复用器透射效率50%4.亚波长金属波导的光传播和干涉特性研究5.1.3微米波长InGaAsP激光器产生的亚微微秒光脉冲的干涉自相关测量
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锥形微纳光纤的制备及通光实验研究
锥形微纳光纤的制备及通光实验研究张瑜;张飞;张慧;徐国蕊;邓晶;刘晨曦;胡淼【期刊名称】《光通信技术》【年(卷),期】2013(37)6【摘要】利用熔拉法拉制普通多模光纤,得到了锥度约0.005°、尖端直径为460nm的锥形光纤.在拉制好的光纤中耦合进红光,观察到在光纤的锥形区域,两端均无红光逸出,中间部分有均匀红光透出,偶尔有亮斑出现.最后对所观察到的实验结果进行了定性的分析.%The general multi-mode fiber was stretched by the fused biconical taper general to obtain a tapered optical fiber,whose cone-shaped degree is about 0.005 degrees,and tip diameter is 460nm.The red laser was coupled into the nanofiber after tapered region to study transmission of the light along tapered fiber.There were uniformly red laser escaping from the middle section of the fiber cone area observed and bright spots appeared.The phenomenon observed in experiments has been qualitatively analyzed.【总页数】2页(P14-15)【作者】张瑜;张飞;张慧;徐国蕊;邓晶;刘晨曦;胡淼【作者单位】杭州电子科技大学通信工程学院,杭州310018;杭州电子科技大学通信工程学院,杭州310018;杭州电子科技大学通信工程学院,杭州310018;杭州电子科技大学通信工程学院,杭州310018;杭州电子科技大学通信工程学院,杭州310018;杭州电子科技大学通信工程学院,杭州310018;杭州电子科技大学通信工程学院,杭州310018【正文语种】中文【中图分类】TN248.1【相关文献】1.高性能锥形微纳光纤制备及其传输特性研究 [J], 冯妮;张会新;卢一男;刘文怡2.基于氧化石墨烯－微纳光纤的微加热器制备及其性能研究 [J], 杨剑鑫;史可樟;李锡均;郑嘉鹏;史萌;蔡祥;朱德斌;邢晓波3.锥形微纳光纤传感器的优化设计 [J], 范金雨;郭资;张泽;夏章聪;李婧临;张露;刘磊4.微纳光纤布喇格光栅探针的制备与特性研究 [J], 刘全强; 陈娜; 李聪聪; 刘书朋; 陈振宜5.熔锥型微纳光纤耦合器的理论与实验研究 [J], 周梦薇;朱益清;姚晓天因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
激光在微米级锥形管中的强聚焦效应
激光在微米级锥形管中的强聚焦效应本文从离子通过锥形管产生聚焦效应出发，引出激光通过锥形管是否同样存在聚焦效应。
首先，通过二维时域有限差分法进行计算模拟，逐渐缩小锥形管的出口口径，的确会逐渐出现聚焦效应。
另一方面，镀膜可以减少部分从表面散射的杂散光，提高聚焦效应。
其次，通过对于m μ200镀膜锥形管出口光强与激光光强分布的比较，得出的确是发生了聚焦。
此外，对于理论上计算出的光强随距离的衰减以及锥形管本身对于实验结果的影响，我们也进行了研究。
最后，我们提出可以通过锥形管实现对于激光光强空间分布的调控，从而实现光学储存、生物分子成像等应用。
1.1 课题研究的目的与意义随着纳米技术的发展，人们已经对于微纳管做了许多研究。
从微纳管对于离子的导向作用的研究，转到宏观锥形管对于离子束的聚焦作用，继而，可以修饰薄膜，辐照团簇或者是生物分子。
因此激起人们对于激光通过锥形管的研究兴趣。
然而，对于光线的聚焦，通常使用的是透镜，但由于其衍射极限的存在，限制了光学方法在纳米尺度上的应用。
突破光学极限实现亚波长尺度的光学成像和聚焦，有可能在分子成像，单分子操控等方面带来大幅的发展。
因此，我们开展了激光通过锥形管聚焦效应的研究。
1.2 粒子通过锥形管的研究现状随着带电粒子通过毛细管时的导向过程的发现[1]，人们做了许多研究来寻找它的特性，从导向角和透射离子束的分布宽度到粒子动能[2]，离子电荷态[3]和靶材料[4,5]的影响。
不仅利用不同种的离子[6]做研究，而且研究电子[7]的导向效应。
通过发展经典的轨道传输理论[8]来模拟毛细管的导向效应，实现对于透射系数，透射粒子的角分布和靶的放电特性的探索，部分结果与实验符合。
单个宏观锥形管靶结合了导向能力和可控维度（通常入口直径mm d in 1≤，出口孔径m d out μ100≤）。
由于宏观毛细管的应用潜力，人们渐渐对其感兴趣。
高电荷态离子通过锥形管的动力学充放电过程[9]也发现离子会渐渐沿着管的轴向运动。
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分类号： TN252 单位代码： 10335密 级： 学 号：20930066 硕士学位论文中文论文题目：基于锥形微纳光管的亚波长聚焦及其应用的研究英文论文题目： Research of Subwavelength Focusing Effect of Light by a Tapered Micro —nano Tube and its Application申请人姓名： 陈俞荣 指导教师： 符建 副教授专业名称： 光学工程研究方向： 超分辨显微所在学院：论文提交日期 光电系2012.01基于锥形微纳光管的亚波长聚焦及其应用的研究论文作者签名:指导教师签名:论文评阅人1： 沈永行\教授\浙江大学 评阅人2： 张航\副研究员\浙江工业大学评阅人3： 方伟\副教授\浙江大学答辩委员会主席： 吴兴坤\教授\浙江大学 委员1： 张航\副研究员\浙江工业大学委员2： 吕俊\副教授\浙江大学答辩日期：2012.03.11浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解 浙江大学 有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 浙江大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。
（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名： 导师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日致谢本文的研究是在本人的导师符建副教授的悉心教导下完成的。
从论文的开题到项目的开展，到最终论文的定稿，符老师都非常细致地对我进行指导。
符老师学识渊博、治学严谨，又为人随和、平易近人，是我学习的楷模和奋斗的目标。
借此机会，特向符教授致以最诚挚的敬意，由衷地感谢他在硕士期间对我的教导，这是我终身受用的精神财富。
还有光电子所的方伟副教授和其他的老师，他们在课题研究过程中给了我诸多的宝贵意见和启发。
在此，我向他们表示最诚挚的谢意。
本论文的完成还得到了实验室同学们的很多帮助，他们是：董宏韬、孙硕、董璇璇、谷颖杰和罗晓伟。
在此向他们表示深深地感谢。
再一次向所有在学业上指导、帮助过我的人表示衷心的感谢!陈俞荣二零一二年一月于求是园摘要本文基于锥形微纳光管的亚波长聚焦效应做了进一步的探索研究和应用性实验。
首先从基于角谱合成的亚波长聚焦理论和微纳光管锥度对其聚焦效果的影响两部分，探究了锥形微纳光管实现亚波长聚焦的原理；其次我们将锥形微纳光管的亚波长聚焦效应应用于纳米线的扫描，从仿真计算和实验观察两方面论证了锥形微纳光管具有较好的非近场的亚波长探测扫描能力，这种能力在生物分子成像、微结构表面检测等方面具有很好的应用前景；最后我们提出一种综合金属SPP效应与角谱合成理论的新的亚波长聚焦方案，并通过仿真计算发现它能有效改善微纳光管的超衍射极限的亚波长聚焦效应，并通过实验论证分析。
关键词：亚波长、超分辨、微纳光管、纳米线扫描、金属表面等离子体激元AbstractBased on the subwavelength focusing effect of light by a tapered micro-nano tube, we did further research and application experiments.First, we analyzed the theory of subwavelength focusing by direct synthesis of the angular spectrum of plane waves and how the taper of micro-nano tube affected its subwavelength focusing effect, to explore the theory of subwavelength focusing effect of light by a tapered micro-nano tube.Second, we applied the subwavelength focusing effect of light by a tapered micro-nano tube in scanning nanowires. The digital simulation and experimental observations showed that the tapered micro-nano tube had good non-near-field scanning capability, which has a good prospect in image biological molecules and micro-structured surface probe.At last, we propose a new mechanism for far-field subwavelength focusing at optical frequencies based on the use of a tapered micro-nano tube coated with metal film. We found that it significantly improved the subwavelength focusing effectof the tapered micro-nano tube, which we gave the experiment and analysis.Keywords: subwavelength , super-resolution, tapered micro-nano tube, scanning nanowires, Surface Plasmon Polarit目录致谢 (I)摘要 (II)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1课题研究目的与意义 (1)1.2亚波长聚焦研究现状 (2)1.2.1 负折射率材料实现亚波长聚焦 (2)1.2.2 基于等离子平面透镜的亚波长聚焦 (4)1.2.3 基于纳米孔阵列的亚波长聚焦 (6)1.2.4 基于微纳光纤阵列的亚波长聚焦 (8)1.2.5基于平面波角谱合成的亚波长聚焦 (10)1.2.6基于锥形微纳光管实现亚波长聚焦的新方法 (12)1.3论文的研究内容 (14)2 非近场亚波长聚焦的理论分析与仿真计算 (16)2.1基于锥形微纳光管实现亚波长聚焦的理论分析 (16)2.1.1 基于直接角谱合成的亚波长聚焦理论分析 (16)2.1.2 微纳锥管在亚波长聚焦中的作用 (17)2.2仿真计算模型介绍 (18)2.2.1圆柱光管区域的光场传播计算 (19)2.2.2 圆锥光管区域的光场传播计算 (19)2.3.3自由空间区域的光场传播计算 (21)3.利用锥形微纳光管实现纳米线的非近场扫描探测 (22)3.1纳米线扫描的仿真计算 (22)3.1.1 与中心光斑横向宽度相近的纳米线的仿真计算 (22)3.1.2 比中心光斑横向宽度大的纳米线扫描的仿真计算 (23)3.1.3 Z方向上不同位置的纳米线的光场扰动 (25)3.1.4 XZ平面上的光场扰动 (25)3.2纳米线扫描的实验观察 (26)4. 基于SPP效应的锥形微纳光管的亚波长聚焦方案 (30)4.1金属SPP效应在亚波长聚焦中的作用 (30)4.2基于金属SPP的锥形微纳光管的结构设计 (31)4.3基于金属SPP的锥形微纳光管的制备方案 (32)4.3.1 锥形微纳光管的制备 (32)4.3.2纳米金属层镀膜方案 (33)4.4亚波长聚焦实验的软硬件平台介绍[30] (34)4.4.1. SNOM探针扫描测量系统 (34)4.4.2 软件控制 (41)4.5聚焦效果的实验测定与分析 (44)5 总结与展望 (48)参考文献 (51)作者简历 (54)硕士期间发表论文 (54)1 绪论随着纳米技术的发展，人们已经能在纳米尺度上对物质进行观察、测量和操纵[1]。
虽然光学方法历来是科学研究和实际应用中最重要的技术手段之一，但光学衍射极限的存在已经使得光学方法在纳米尺度的技术应用中受到了严重限制，例如，光学显微镜的极限分辨率，光刻技术的最小线宽，光学存储的最小记录点等。
因此，突破光学衍射极限，实现亚波长尺度的成像分辨率和聚焦光束有可能在生物分子成像、单分子操控[2]、高密度光存储[3-5]、超精细光刻[6、7]等领域带来突破性的发展，引起了人们的广泛关注，成为了光学领域重要的研究方向。
1.1 课题研究目的与意义本文基于锥形微纳光管的亚波长聚焦效应做了进一步的探索研究和应用性实验。
首先从基于角谱合成的亚波长聚焦理论和微纳光管锥度对其聚焦效果的影响两部分，探究了锥形微纳光管实现亚波长聚焦的原理；其次我们为了论证锥形微纳光管的亚波长聚焦效应在亚波长探测扫描方面的应用前景，将其利用在纳米线的非近场扫描，从仿真计算和实验观察两方面论证了锥形微纳光管具有较好的非近场的亚波长探测扫描能力，这种能力在生物分子成像、微结构表面检测等方面具有很好的应用前景；最后我们提出一种综合金属SPP 效应与角谱合成理论的新的亚波长聚焦方案，通过仿真计算论证了利用金属SPP效应可以使镀有纳米金属膜的锥形微纳光管形成高度局域分布的出射场，从而能有效改善微纳光管的超衍射极限的亚波长聚焦效应。
通过设计和可控制备，微纳光管可以作为具备超衍射极限亚波长聚焦能力的光学探针，结合共聚焦显微技术可以实现生物分子成像、单分子操控等功能，结合激光直写光刻技术可以实现纳米尺度超精细器件制备，结合光学存储技术可以实现超高密度的光学存储。
同时这一技术有可能应用在冷原子束缚中，实现单个原子的囚禁和操作，为量子计算提供一种新的实现方法。
基于锥形微纳光管实现光学超衍射极限聚焦的本项研究具有以下突出优势：（1）具有极高的聚焦效率。
与其他聚焦相比，本方法能够形成单个聚焦光斑，并且旁瓣非常小，聚焦光斑的能量占整个光场能量的绝大部分，具有非常高的聚焦效率。
有趣的是，在距离微纳光管出口端面不同位置上能够形成环形光场和聚焦光场，这种特性对于单原子或分子操控、局域荧光激发淬灭具有非常重要的应用。