基础篇

第1章 近场光学发展史

1.1 近场光学和近场光学显微镜的发展简史

1.1.1 最初的动机——突破衍射极限

1.1.2 基本概念的提出

1.1.3 实验证明

1.1.4 超分辨成像的实现

1.1.5 表面等离激元和SERS

1.1.6 现代近场光学显微镜

1.1.7 PSTM与外差探测方法

1.1.8 真实图像与虚假图像

1.1.9 近场散射与场增强

1.1.10 近场光学与光学天线

1.2 近场光学理论研究

1.3 近场光学最近的发展

1.4 本章小结

参考文献

第2章 近场光学原理

2.1 近场光学原理发展概况

2.2 从“光学远场”到“光学近场”

2.3 不确定性原理的解释

2.4 角谱（平面波展开）方法的解释

2.5 表面（纳米）结构与隐失场

2.5.1 全反射与隐失场

2.5.2 精细结构与隐失场

2.6 近场光学探测原理

2.6.1 近场光学探测机理

2.6.2 Courjon的模型

2.6.3 近场探测的核心问题

2.7 近场光学中的互易定理

2.7.1 互易定理的定义

2.7.2 互易定理在近场光学中的应用形式

2.7.3 互易定理在近场光学中的研究进展

2.8 等离激元光学基本原理

2.8.1 金属中自由电子的谐振模型

2.8.2 SPP定义

2.8.3 SPP的激发条件与方式

2.8.4 SPP的传播和损耗

2.8.5局域表面等离激元

2.9 本章小结

参考文献

第3章 光学天线

3.1 引言

3.2 光学天线基础

3.2.1 光学天线及相关物理量的定义

3.2.2 光学天线的常见形式

3.2.3 光学天线的研究内容

3.3 光学天线的研究模型及方法

3.3.1 经验式F-P共振模型

3.3.2 纳米等效电路模型

3.3.3 电流积分模型

3.4 光学天线的应用

3.4.1 光学天线在光发射中的应用

3.4.2 光学天线在纳米成像中的应用

3.4.3 光学天线的共振调节应用

3.5 本章小结

参考文献

第4章 近场光学探针

4.1 近场光学探针是光学显微镜的核心器件

4.2 近场光学探针的原理

4.2.1 探针与光学分辨率

4.2.2 探针与成像质量

4.2.3 探针类型决定了间距控制方式和系统工作模式

4.3 近场光学探针的种类

4.3.1 介质探针

4.3.2 孔径型探针

4.3.3 散射型近场光学探针

4.3.4 等离激元探针

4.3.5 单分子探针和微粒功能探针

4.3.6 其他功能探针

4.4 探针与基片间的相互作用

4.5 近场光学探针的应用

4.6 本章小结

参考文献

第5章 近场光学显微镜系统

5.1 近场光学显微镜测量系统

5.2 近场光学显微镜的基本结构

5.2.1 光源和聚焦耦合系统

5.2.2 光纤孔径探针或无孔径探针

5.2.3 探针／样品间距测控与驱动系统

5.2.4 样品扫描台和探针扫描头

5.2.5 集光系统

5.2.6 光电探测与视频监测系统

5.2.7 数据图像处理系统

5.3 近场光学显微镜的工作模式和扫描模式

5.3.1 工作模式

5.3.2 扫描模式

5.3.3 几种对比度机制

5.3.4 光学分辨率极限

5.4 扫描管与扫描台

5.4.1 扫描管

5.4.2 扫描台

5.5 间距测控——剪切力模式与轻敲模式

5.5.1 剪切力模式

5.5.2 法向力轻敲模式

5.6 多参数照明与矢量光束照明

5.6.1 多参数照明

5.6.2 矢量光束及特性

5.6.3 矢量光束的产生

5.6.4 矢量光束聚焦

5.6.5 纵向光场照明激发

5.7 近场光学显微镜的分类

5.7.1 扫描近场光学显微镜

5.7.2 光子扫描隧道显微镜

5.7.3 孔径型近场显微镜

5.7.4 散射型近场显微镜

5.7.5 其他类型近场显微镜

5.8 本章小结

参考文献

第6章 孔径型近场光学显微镜

6.1 孔径型SNOM的原理

6.1.1 裸光纤探针的矢量响应特性

6.1.2 镀铝膜孔径探针的矢量响应特性

6.2 孔径型近场光学显微镜仪器系统

6.3 间距测控模式

6.4 照明模式与集光模式

6.5 孔径型近场光学显微镜的分辨率

6.6 孔径探针使用中的问题

6.7 孔径型近场光学显微镜系统

6.7.1 近场光学显微镜的位移控制

6.7.2 近场光学显微镜与近场光学成像

6.8 孔径型近场光学显微镜的应用

6.8.1 超分辨成像

6.8.2 近场光谱学

6.8.3 近场光刻

6.8.4 纳米光场多参数测量

6.8.5 其他应用

6.9 本章小结

参考文献

第7章 散射型近场光学显微镜

7.1 散射型SNOM的原理

7.1.1 散射型SNOM系统及工作原理

7.1.2 散射型探针模型及矢量响应特性

7.2 散射型SNOM仪器系统

7.2.1 距离控制方法

7.2.2 照明激发与散射信号收集

7.2.3 信号处理与图像重构

7.3 探针测量中的增强效应

7.3.1 局域表面等离激元共振效应

7.3.2 避雷针效应

7.3.3 镜像偶极子效应——间隙模式与微腔模式

7.3.4 电场梯度增强效应

7.4 散射型SNOM的对比度和分辨率

7.5 散射背景噪声的抑制

7.6 散射型探针使用中的问题

7.7 散射型SNOM的应用

7.7.1 近场光谱测量

7.7.2 近场光场多参数测量

7.7.3 新颖低维材料表征

7.8 本章小结

参考文献

测量篇

第8章 纳米光场参数测量

8.1 纳米光场多参数测量的概念

8.2 测量原理与方法

8.2.1 光强测量

8.2.2 相位振幅测量

8.2.3 偏振矢量测量

8.2.4 光频磁场测量

8.2.5 光谱测量

8.3 测量系统与功能探针

8.3.1 测量系统

8.3.2 功能探针

8.4 本章小结

参考文献

第9章 强度测量与超分辨光学成像

9.1 光场（电场）强度测量

9.2 超衍射分辨光学成像

9.3 纳米光场强度分布测量

9.4 聚焦径向偏振光场测量

9.5 大范围SNOM成像

9.6 提高SNOM成像分辨率

9.7 近场光学图像的解释

9.8 本章小结

参考文献

第10章 振幅／相位测量

10.1 纳米光场振幅／相位测量发展

10.2 近场探测和探针外差干涉技术

10.2.1 光学探针外差干涉方法

10.3 几种典型的光场相位测量方法

10.3.1 孔径型探针外差干涉系统

10.3.2 锁相放大器的相位解调原理

10.3.3 散射型探针外差干涉系统

10.3.4 散射型伪外差干涉系统

10.3.5 散射型相移干涉测量系统

10.3.6 利用CCD相移干涉成像

10.4 一些改进型的相位测量方法

10.4.1 空间域和时域追踪相位测量系统

10.4.2 实时相位漂移误差补偿测量方法

10.5 本章小结

参考文献

第11章 矢量场测量

11.1 引言

11.2 矢量场测量基础

11.2.1 纳米光场矢量特点及偏振描述

11.2.2 矢量场测量发展及原理

11.3 单一电场分量测量

11.3.1 纵向分量测量

11.3.2 面内分量测量

11.4 面内电场的偏振测量

11.4.1 探针外差干涉测量

11.4.2 探针多外差干涉测量

11.5 纵向及面内电场的偏振测量

11.5.1 伪外差干涉椭偏术

11.5.2 旋转偏振片椭偏术

11.5.3 散射型功能探针制备

11.6 全矢量场偏振测量

11.6.1 组合系统的直接测量

11.6.2 数值计算的间接测量

11.6.3 荧光分子探针测量

11.7 本章小结

参考文献

第12章 光频磁场测量

12.1 光频磁场的间接测量

12.1.1 基于矢量巴比涅原理的测量方法

12.1.2 基于法拉第电磁定律的测量方法

12.2 光频磁场的直接测量

12.2.1 开口环功能探针测量方法

12.2.2 Bethe小孔功能探针测量方法

12.2.3 中空金字塔功能探针测量方法

12.2.4 孔径探针微扰理论测量方法

12.3 基于互易定理的电磁场测量方法

12.4 本章小结

参考文献

第13章 近场光谱测量

13.1 近场光谱术

13.1.1 近场光谱术的发展

13.1.2 近场光谱的特点

13.2 近场光谱测量系统基本结构

13.2.1 基于孔径探针的近场光谱系统

13.2.2 基于散射探针的近场光谱系统

13.2.3 探针增强光谱术

13.2.4 近场拉曼光谱TERS系统测量

13.3 光谱成像

13.3.1 近场光谱成像

13.3.2 光谱识别与形貌对应分析

13.4 近场光谱测量应用

13.4.1 吸收谱

13.4.2 光致发光荧光激发谱

13.4.3 拉曼光谱

13.4.4 光致发光光谱

13.4.5 瞬态（时间分辨）光谱

13.4.6 单分子光谱

13.5 近场空间超分辨光谱

13.6 本章小结

参考文献

应用篇

第14章 探针增强光谱术

14.1 传统光谱术与“探针光谱术”

14.2 拉曼散射与拉曼光谱术

14.3 近场光谱与“探针光谱”概念

14.4 探针增强拉曼光谱术的发展

14.5 TERS探测原理

14.5.1 TERS测量系统的基本结构

14.5.2 照明激发与光束优化

14.5.3 受激照明TERS方法

14.5.4 间距测控与扫描模式

14.5.5 Mapping测量

14.6 TERS的其他关键技术

14.6.1 TERS探针

14.6.2 测量系统的稳定性

14.7 TERS测量系统的评价

14.7.1 空间分辨率

14.7.2 对比度和增强因子

14.7.3 光谱像与光谱识别

14.7.4 纳米局域光谱数据与纳米形貌数据的对应分析

14.7.5 TERS探测的限制因素

14.8 TERS的应用

14.8.1 化学与单分子检测

14.8.2 纳米材料检测

14.8.3 生物样品探测

14.8.4 纳米几何尺寸和应力测量

14.8.5 探针增强CARS光谱测量

14.8.6 高真空超低温和液体环境下的测量

14.9 本章小结

参考文献

第15章 纳米光源测量

15.1 有源纳米光源——小孔激光器

15.2 等离激元纳米光源

15.3 本章小结

参考文献

第16章 等离激元光学器件测量

16.1 超透镜成像测量

16.2 SPP波导器件测量

16.2.1一维SPP波导

16.2.2锥形透射线聚焦波导

16.2.3圆柱台链SPP结构

16.3 聚焦原理与聚焦器件测量

16.3.1 一维SPP结构聚焦与束流

16.3.2 SPP牛眼结构

16.3.3 孔阵列SPP聚焦器件

16.3.4 半弧、多重弧结构SPP聚焦器件

16.3.5 对称半圆弧结构、对称性破缺结构

16.3.6 中心对称环分布孔径阵列结构

16.3.7 径向偏振光照明聚焦

16.4 SPP分光与反射器件测量

16.5 纳米光学天线测量

16.6 阿基米德螺线型光学天线

16.7 超构材料和超构表面

16.8 石墨烯单层增强隐失场测量

16.9 纳米棱镜测量

16.10 SPP回路测量

16.11 本章小结

参考文献

第17章 纳米光学矢量场测量

17.1 相位测量在微纳集成光学中的应用

17.1.1 隐失场测量

17.1.2 波导模式与传播特性研究

17.1.3 波导泄漏与光场传输

17.2 相位测量在等离激元光学器件上的应用

17.2.1 SPP面内聚焦器件

17.2.2 SPP干涉

17.3 相位测量在局域表面等离激元器件上的应用

17.3.1 Fano共振传感器

17.3.2 镍纳米光学天线

17.4 相位测量在空间光场传播特性中的应用

17.4.1 超构材料与涡旋光场

17.4.2 空间光场传播特性判断

17.5 相位奇异点与光和物质的相互作用

17.6 矢量场测量在光子晶体器件上的应用

17.6.1 光子晶体微腔的偏振分布

17.6.2 光子晶体波导的偏振奇异点

17.7 矢量场测量在SPP器件上的应用

17.7.1 纳米狭缝衍射场偏振分布

17.7.2 纳米线阵列器件耦合场分布

17.8 矢量场测量在光学天线器件上的应用

17.8.1 纳米光源近场偏振分布

17.8.2 Bow-tie光学天线偏振分布

17.8.3 全电介质光学天线偏振分布

17.9 矢量场测量在光场表征中的其他应用

17.9.1 全内反射隐失波驻波场测量

17.9.2 聚焦径向偏振光场测量

17.9.3 近场圆二色性测量

17.10 光频磁场测量的应用

17.10.1 光子晶体微腔模式测量

17.10.2 光学天线器件共振模式测量

17.10.3 纳米颗粒共振特性测量

17.10.4 聚焦径向偏振光的磁场分布测量

17.11 本章小结

参考文献

结束语

主要名词术语索引