太赫兹散射式扫描近场光学显微镜中探针与样品互作用及其影响探究

摘要

太赫兹散射式扫描近场光学显微镜(scattering-type scanning near-field optical microscopy,s-SNOM)在生物纳米成像、太赫兹纳米光谱学、纳米材料成像以及极化激元的研究中有着广泛的应用前景.原子力显微镜探针作为太赫兹s-SNOM的重要组成部分,起着近场激发、探测、增强等关键作用.但是在测量过程中,探针与样品的相互作用会影响测量结果.本文通过仿真和实验,分别揭示了太赫兹s-SNOM中探针与样品相互作用对近场激发、近场探测以及太赫兹近场频谱的影响.首先,研究了探针激发的近场的波矢权重分布,发现波矢主要集中在105 cm–1量级,与一般的太赫兹激元的波矢相差2—3个数量级,这表明太赫兹近场很难激发太赫兹激元.其次,通过理论和实验研究,发现金属针尖会干扰石墨烯圆盘结构的表面近场,这表明太赫兹近场系统在探测结构的近场分布具有局限性;最后研究了探针对近场频谱的影响,发现探针长度和悬臂长度是影响近场频谱的重要参数,可以通过增大探针长度或者悬臂长度的方法来减小探针对近场频谱的影响.