Scanning Near Field Optical Microscope
Final Report Abstract
Die im Rahmen des Antrags „Nahfeld-Untersuchungen an nanostrukturierten optischen Materialien" beschafften Gerate bildeten den Grundstock des experimentellen Equipments der Arbeitsgruppe Peschel „Nonlinear Optics and Nanophotonics (NONA)" für Arbeiten auf dem Gebiet der Nanophotonik und wurden dementsprechend in verschiedenen Projekten und Forschungsarbeiten genutzt. Das Nearfield Scanning Optical Microscope (NSOM) wurde beantragt und angeschafft, um optische Felder in plasmonischen Subwellenlängenstrukturen abzubilden, d.h. z.B. den Feldverlauf in 100nm breiten Gapwellenleitern bei einer Wellenlänge von 1500nm zu verfolgen. Dazu musste weit über die standardmäßige Auflösung hinausgegangen werden, wozu auch Modifikationen des Aufbaus vor allem zur Erhöhung dessen Stabilität erforderlich waren. Inzwischen erreichen wir mit dem NSOM Subwellenlängenauflösung (ca. ein Fünftel der Wellenlänge), wobei die Auflösung auch jetzt noch kontinuierlich weiter gesteigert wird. Im Einzelnen wurde das NSOM bisher in folgenden Projekte intensiv genutzt: 1. Untersuchung der Ausbreitung von Plasmonen in Gapwellenleitern: Das NSOM wurde benutzt, um die Feldausbreitung in Gapwellenleitern mit Subwellenlängenabmessungen (Wellenleiterbreite 100nm, Wellenlänge: 1500nm) zu untersuchen. Das Licht wurde dazu mit einem Objektiv hoher Apertur auf eine Nanoantenne fokussiert, die mit einem Gapwellenleiter verbunden war. Das so in den Gapwellenleiter eingekoppelte Licht konnte in seiner Ausbreitung mittels NSOM analysiert werden. 2. Untersuchung der Abbildungseigenschaften plasmonisch-dielektrischer Filme: Zum Test der Abbildungseigenschaften von metallisch-dielektrischen Schichtsystemen wurden Proben bestehend aus Arrays von Nanoantennen mit den zu untersuchenden Filmen bedeckt. Die Nanoantennen wurden beleuchtet und ihre Abbildung durch die Filme hindurch mittels NSOM analysiert. Tatsächlich konnte eine Abbildung nnit Subwellenlängenauflösung nachgewiesen werden. 3. Untersuchung der Plasmonenpropagation auf nanostrukturierten Filmen: In diesem Projekt wird die Ausbreitung von Oberflächenwellen auf nanostrukturierten metallischen Proben untersucht. Die mit resonanten metallischen Linien- und Rechteckstrukturen bedeckten Proben zeigen erheblich veränderte Ausbreitungscharakteristika der auf ihnen propagierenden Oberflächenplasmonen, was mittels Doppelspitzen (Verwendung einer Spitzen zur Injektion der Plasmonen in den Metallfilm und der anderen Spitze zur Extraktion der Plasmonen) nachgewiesen werden kann. Koheras Superk-Extreme Quelle + durchstimmbare Filter: Die Superkontinuumsquelle wurde in praktisch sämtlichen Projekten zur Nanophotonik als durchstimmbare Lichtquelle verwendet. Untersuchungen sowohl an plasmonischen Nanoantennen und Gapwellenleitern als auch an photonischen Kristallen wurden mit dieser Lichtquelle durchgeführt. Langmuir Blodgett System: Das im Rahmen des Projektes angeschaffte Langmuir-Blodgett-System wurde zur gezielten Abscheidung einzelner Lagen von Nanokugetn (einige 100nm Durchmesser) in hexagonater Konfiguration verwendet. So konnten die optischen Eigenschaften zweidimensionaler kolloidaler photonischer Kristalle vor allem in ihrer Kombination mit durch Sputtern erzeugten Metallschichten analysiert werden.
Publications
- "Broadband Omnidirectional Diversion of Light in Hybrid Plasmonic-Photonic Heterocrystals," Advanced Functional Materials 21, 4182-4192 (2011)
B. Ding, M. Bardosova, M. E. Pemble, A. V. Korovin, U. Peschel, S. G. Romanov
(See online at https://doi.org/10.1002/adfm.201100695) - "Experimental cross-polarization detection of coupling far-field light to highly confined plasmonic gap modes via nanoantennas," Applied Physics Letters 98, 101109-101111 (2011); also: Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology - March 21 (2011)
J. Wen, P. Banzer, A. Kriesch, D. Ploss, B. Schmauss, and U. Peschel
(See online at https://doi.org/10.1063/1.3564904) - "Hybrid Colloidal Plasmonic-Photonic Crystals", Advanced Materials 23, 2515-2533 (2011)
S. G. Romanov, A. V. Korovin, A. Regensburger, and U. Peschel
(See online at https://doi.org/10.1002/adma.201100460) - "Studies of plasmonic hot-spot translation by a metal-dielectric layered superlens". SPIE Optics and Photonics 2011, San Diego, USA," Proc. SPIE 8093, 80931J
M. Thoreson, Nielsen, West, A. Kriesch, Liu, Fang, Kildishev, U. Peschel, V. Shalaev, Boltasseva
(See online at https://doi.org/10.1117/12.894225)
