Взаимодействие лазерного излучения с системой ближнепольный зонд-поверхность

• Автор: Марциновский, Михаил Борисович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 87 с. : ил

ГЛАВА 1. Преобразование излучения в ближнепольной оптической
системе
1Л. Ближнепольный излучатель
1.2. Структура поля в ближней зоне источника и ближнепольная оптическая система
1.3. Экспериментальная регистрация пространственного распределения излучения БПЗ в ближнем поле
1.4. Преодоление дифракционного предела разрешения оптического микроскопа
1.5. Схемы построения БСОМ
1.6. Выводы
ГЛАВА 2. Разогрев ближнепольной оптической системы
2.1. Механизмы разогрева ближнепольной оптической системы
2.2. Разогрев ближнепольного зонда
2.3. Выводы
ГЛАВА 3. Воздействие излучения БПЗ на поверхность
3.1. Особенности воздействия излучения ближнепольного зонда
3.2. Металлы
3.3. Полупроводники
3.4. Общая постановка задачи для описания фотовозбуждения и разогрева поверхности металлов и полупроводников в ближнем
поле
3.5. Распределение концентрации неравновесных носителей и температуры

3.6. Воздействие излучения ближнепольного зонда на тонкие пленки металлов и полупроводников
3.7. О возможном вкладе эванесцентных мод БПЗ в нагрев
поверхности
3.8. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Преодоление дифракционного предела в ближнепольном сканирующем оптическом микроскопе (БСОМ) положило начало развитию нового направления в науке и технологии - нанооптики, или ближнепольной оптики. Предметом ближнепольной оптики является исследование и использование светового излучения, локализованного в пространстве на размерах а«Л или в объеме У«Л3 (где Л - длина волны излучения), и его взаимодействия с объектами в условиях, когда расстояние между источником излучения и объектом /«Л. Уникальные оптические свойства ближнепольных источников и приемников дают новые возможности при исследовании нанострутур, а также открывают новые перспективы в развитии современных микро- и нанотехнологий [1-3].
Использование БСОМ позволило преодолеть дифракционный предел разрешения оптических микроскопов и более чем на порядок улучшить локальность оптических методов анализа поверхности [4, 5]. Благодаря этому появилась возможность исследования оптических характеристик отдельных неоднородностей нанометрового размера [6, 7].
Помимо получения оптического изображения поверхности со сверхвысоким разрешением, БСОМ имеет целый ряд приложений, связанных с возможностями локального светового воздействия на поверхность:
1) Спектроскопия с высоким пространственным разрешением полупроводниковых наноструктур. БСОМ позволяет не только определить положение отдельных центров люминесценции, но и разделить их спектры [8-10]. Такие исследования дают ценную информацию как о структурных особенностях системы, так и о механизме диффузии и рекомбинации возбуждаемых носителей.
2) Рамановская спектроскопия и наблюдение динамики люминесценции отдельных молекул [11-15].

фотовозбуждения в данных условиях необходимо решать кинетическое уравнение для переменной во времени функции распределения электронов по энергиям в поле световой волны в приближении слабо аномального скин-эффекта. Вместе с тем для получения качественных оценок возможно использовать диффузионное приближение, когда неравновесные электроны независимо от их энергии описываются интегральной концентрацией которая изменяется во времени и пространстве за счет поглощения света, диффузии электронов и их постепенной термализации:
(3.4)
д1 Тгсо г
где 7) - коэффициент диффузии электронов в металле, ]'(гл) -распределение поглощенного светового потока, т - усредненное по энергии время термализации.
Межэлектронные столкновения являются основным механизмом рассеяния неравновесных электронов в металлах при воздействии на них света [76, 77]. При этом частота межэлектронных столкновений определяется следующим выражением [77]:
1 +
/ Псо л
2 пквТ у
(3.5)
где йсо - энергия фотона, кв - постоянная Больцмана, а Т - температура электронного газа. Второе слагаемое в (3.5) учитывает то, что электрон получает энергию от внешнего электромагнитного поля не непрерывно, а только при поглощении фотонов. Классическая частота столкновений уее , в свою очередь, равна [78]:
Ц"’
(3.6)
где 8ее - эффективное сечение рассеяния, п0 - концентрация электронов проводимости, Ер=(гЛ) ти/ - энергия на уровне Ферми. При облучении металла электромагнитным излучением в видимом и ближнем ИК диапазонах