非线性近场光学显微镜对表面波的实时亚波长成像

       探索存储在倏逝电磁波中的信息的能力迅速发展，彻底改变了显微镜领域。自1972年首次展示超分辨率显微镜以来，近场显微镜在材料科学、生物学和光-物质相互作用工程中变得至关重要。最先进的近场显微镜能够实现超越衍射极限的成像和光谱分析，空间分辨率高达几纳米，可分为两类：光学显微镜和电子显微镜。目前最流行的光学技术是扫描近场光学显微镜。虽然它的分辨率可达10纳米以下，但它需要省略实时检测的扫描过程，而结果可能会因表面探针的相互作用而受到干扰。另外，由于电子探针与近场相互作用的程度，基于电子的技术显示出高空间分辨率成像的巨大前景。如电子能量损失光谱学图谱、阴极发光光谱图、光发射电子显微镜和光诱导近场电子显微镜等，最近被用来以前所未有的空间和时间分辨率成像倏逝电磁波。这些方法，无论多么成功，仍然需要复杂、昂贵的设备，并且像扫描近场光学显微镜一样，不能即时产生用于实时应用的图像。相比之下，非线性光学在高度可调、非微扰和实时成像模式方面显示出巨大的前景，这些模式已经成功地用于生物医学目的。它们以前曾被用于提高近场散射的对比度或分辨率，以及进入等离子体材料中的倏逝模式，但是非线性光学对表面波成像的适用性还有待研究。

       近日，来自以色列理工学院电子工程系的Kobi Frischwasser等人介绍了非线性近场光学显微镜(NNOM)，它能够通过非线性波混合实时倏逝波成像，同时仅使用标准光学分量。作为概念验证，他们提出了倏逝等离子体模式的非微扰单次映射，利用主体金属的非线性，实时监控外部控制的模式变化。他们还进一步展示了以偏振敏感、自旋选择性的方式提取全场信息(所有电场分量的振幅和相位)的能力。这种简单且高度可调的技术可以扩展到二维材料中偏振子的深亚波长成像或其他纳米光导向模式，用于快速光子器件表征和优化光-物质相互作用。相关研究工作发表在《Nature Photonics》上。（詹若男）

       文章链接：Kobi Frischwasser et al. Real-time sub-wavelength imaging of surface waves with nonlinear near-field optical microscopy. Nature Photonics (2021) https:/ / doi.org/10.1038/ s41566-021-00782-2