随着纳米技术的发展,传统的阿贝光学衍射极限已经成为实现亚微米及纳米尺度分辨率的一个瓶颈。近年来,基于近场光学理论的技术使这一瓶颈得以突破,而作为近场光学领域内的关键部件,光纤纳米探针在近场光学显微(SNOM)、纳米光刻及光镊等方面都扮演着十分重要的角色。通光率和分辨率是探针的主要性能,是由探针的几何形貌(锥角和尖端直径等)决定的。而抛物线锥形纳米探针同常规探针相比,具有更高的通光率,但因其锥形是非线性的,所以制造比较困难。这种探针一般是通过热拉法制备,但是成本较高且制造过程受多种因素的影响操作相对复杂。另外,磨削加工虽也能实现抛物线锥的制备,但同样地,设备价格高昂且由于光纤的柔性及磨削过程中的各种振动,难以得到十分光滑的探针表面形貌。而传统的化学刻蚀法虽然能够克服以上缺点,但是迄今为止,还未见过制备出非线性锥形的报道。
由此,武汉光电国家实验室(筹)博士生朱桅在导师史铁林、汤自荣教授的指导下,提出了一种动态选择性刻蚀法,通过在刻蚀过程中改变刻蚀溶液的组分比,实现探针锥角的连续变化,从而制备出抛物线纳米探针。通过对探针形成的机理分析,表明该方法不仅可以轻易地实现抛物线探针的可控制备,还能够用于其它锥形的探针。随后,对制备出的抛物线光纤纳米探针进行了性能评估。仿真结果显示,镀膜后的抛物线探针与镀膜的线性锥形探针相比,具有更高的通光率,这对于近场光学显微来说是一个非常重要的性能;实验结果表明,裸光纤探针较于线性探针有更强的光汇聚性能,这种特性可能在二次谐波激发、光催化、光镊方面具有重要的应用前景。
该项工作得到了国家自然科学基金(No.51275195)和国家重大仪器专项(No.2011YQ160002)的支持,发表在美国光学学会期刊Optics Express (Vol.21, No.6, 6919-6927 ) 上。
(责任编辑:陈智敏)