Ближнепольная сканирующая микроскопия пространственного распределения светового поля, формируемого нанообъектами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, кандидат физико-математических наук Дубровкин, Александр Михайлович

• Дубровкин, Александр Михайлович
• кандидат физико-математических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Дубровкин, Александр Михайлович

Введение

Цели и задачи диссертационной работы

Научная новизна работы

Научная и практическая значимость работы

Защищаемые положения

Апробация работы

Личный вклад автора

Содержание диссертации

Список опубликованных работ

Глава I. Обзор литературы

1.1. Преодоление дифракционного предела в оптике

1.2. Сканирующая оптическая микроскопия ближнего поля

1.3. Аналитические и численные методы ближнепольной оптики

Глава II. Установка апертурного сканирующего оптического микроскопа ближнего поля для исследования пространственных субволновых распределений светового поля, формируемых нанообъектами при лазерном освещении

2.1. Общая схема установки апертурного СОМБП

2.2. Апертурные зонды СОМБП

2.3. Система точного контроля расстояния между зондом и образцом

2.4. Система подвода к поверхности образца

2.5. Электронный блок управления СОМБП

2.6. Программное обеспечение

2.7. Система счета фотонов

2.8. Тестовые измерения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Ближнепольная сканирующая микроскопия пространственного распределения светового поля, формируемого нанообъектами»

Еще недавно минимальные пространственные масштабы, с которыми оперировала оптика, ограничивались дифракционным пределом. Причем это относилось не только к экспериментальной реализации пространственного разрешения различных оптических приборов, но и, по общему мнению, являлось фундаментальным ограничением всех оптических устройств. Сейчас представляется достаточно ясным, что понятие дифракционного предела относится только к определенным состояниям электромагнитного поля - к распространяющимся волнам. Для светового поля, находящегося в нерадиационном состоянии ближнего поля, понятие дифракционного предела не существует, и световое поле может быть сфокусировано вплоть до размера атома. Существенный прогресс, наблюдающийся в последние годы в разработке наноструктурированных материалов, приведший к экспериментальной реализации метаматериалов в оптическом диапазоне, созданию нанолазера, а также прогресс в развитии экспериментальных методов, таких как сканирующая оптическая микроскопия ближнего поля, привел к значительному росту активности в научных и технологических исследованиях поведения света на пространственных масштабах порядка и меньше длины волны. Подтверждением этого является экспоненциальный рост количества публикаций по этой теме, наблюдающийся в последние годы.

Одной из важных задач современной нанофотоники [1], требующей проведения дальнейших экспериментальных и теоретических исследований, является задача формирования пространственного распределения света вблизи нанообъекта при его лазерном освещении.

Если способы управления пространственным распределением света на масштабах много больших длины волны хорошо разработаны в традиционной (дальнепольной) оптике и имеют широкое применение в современной экспериментальной физике и технике, то решение вопросов, связанных с формированием пространственного распределения света на масштабах порядка и меньше длины волны, находятся лишь в начальной стадии своего развития. При переходе на субволновые масштабы задача усложняется не только количественно, но и качественно, так как по мере уменьшения размеров объекта и при приближении к его поверхности все более существенную роль начинают играть так называемые ближнепольные компоненты светового поля.

С точки зрения терминологии, принятой в физической оптике, рассматриваемые задачи относятся к дифракции света на нанообъектах произвольной формы. Кроме фундаментального интереса, заключающегося в понимании законов поведения света вблизи нанообъектов, эта задача имеет и практический интерес. Например, при создании будущих интегральных оптических микросхем может потребоваться формирование сложных распределений света в пространстве на наномасштабах. Такие сложные распределения света в пространстве логично называть пространственными световыми структурами. В этом смысле такой термин употребляется в некоторых главах диссертационной работы.

Диссертационная работа посвящена исследованию формирования пространственного распределения света нанообъектами при их освещении лазерным излучением на масштабах порядка либо меньше длины волны.

Цели и задачи диссертационной работы

Целью диссертационной работы является поиск закономерностей формирования пространственных световых структур при освещении лазерным излучением нанообъектов, преимущественно - уединенных. При этом основная задача состоит в изучении пространственного распределения светового поля, формируемого уединенными нанообъектами, методом ближнепольной сканирующей микроскопии.

В частности были поставлены следующие задачи:

• создание экспериментальной установки апертурного сканирующего оптического микроскопа ближнего поля (СОМБП) для исследования пространственных субволновых распределений светового поля, формируемых нанообъектами при лазерном освещении;

• выбор и реализация методик изготовления уединенных, квазипериодических и доменно-структурированных нанообъектов из диэлектрика для управления светом на субволновых масштабах;

• методом апертурной сканирующей оптической микроскопии ближнего поля исследовать формирование пространственных световых структур, образованных рядом прозрачных нанообъектов различной формы при лазерном освещении;

• поиск теоретических подходов к описанию формирования трехмерных распределений ближнего поля уединенными нанообъектами.

Научная новизна работы.

1. Впервые зарегистрировано формирование оптических спиралей, формируемых прозрачным нанообъектом.

2. Экспериментально показано, что уединенный полимерный наноцилиндр способен формировать одинарные и двойные спирали в двумерных сечениях пространственного распределения интенсивности непрерывного лазерного излучения в объеме над его вершиной.

3. Показано, что наличие поверхностных плазмонов не является обязательным фактором для формирования оптических спиралей нанообъектами.

4. При прохождении лазерного излучения сквозь кристаллически-структурированную пленку из полимера РЕО-40000 в области узлов пленки зарегистрировано формирование локальных провалов интенсивности, представляющих собой расширяющуюся трубку (с характерными поперечными размерами 1-2 мкм и высотой не менее 3 мкм), в которой отсутствует свет.

5. В рамках квазистатического приближения показано, что с точностью до членов первого порядка малости асимптотического разложения в ряд по малому параметру (размер объекта/длина волны) световые ближние поля нанообъектов могут быть выражены через две скалярные функции, удовлетворяющие уравнению Лапласа.

6. Предложен новый подход к определению компонент ближнего поля. В качестве ближнепольных компонент, характеризующих световое ближнее поле, предлагается рассматривать набор спадающих при удалении от нанообъекта решений скалярного уравнения Лапласа в сферической системе координат.

Научная и практическая значимость работы

1. Созданная установка апертурного СОМБП для исследования пространственных субволновых распределений светового поля, формируемых нанообъектами при лазерном освещении, может быть использована для решения широкого круга научных и прикладных задач нанофотоники, а также может быть использована в качестве прототипа для производства лабораторных СОМБП с режимом трехмерного сканирования.

2. Результаты экспериментальных исследований пространственных распределений света, формируемых полимерным наноцилиндром, показывают, что методами ближнепольной оптики возможно формирование сложных пространственных световых распределений с помощью простых объектов, демонстрируя ее потенциал для создания будущих устройств нанофотоники.

3. Предложенный математический формализм описания ближнего поля может быть использован в широком круге задач ближнепольной оптики. В частности, вместе с полученными в работе результатами экспериментальных исследований наноструктурированных диэлектрических объектов, - для создания элементов управления светом в ближнепольной оптике.

4. Разработанная методика получения кристаллически-структурированной пленки из полимера РЕО-40000, способной формировать локальные провалы в интенсивности проходящего лазерного излучения, а также технология изготовления апертурных зондов могут быть использованы в широком круге физических лабораторий университетов и институтов.

5. Локальные провалы интенсивности лазерного излучения, формируемые при прохождении лазерного излучения сквозь кристаллически-структурированную пленку из полимера РЕО-40000, могут быть использованы в качестве «локальных лабораторий» для исследования собственного рассеянного излучения (без интерференции с падающим излучением) одиночного нанообъекта, а также исследования интерференции собственного рассеянного излучения от нескольких нанообъектов и направленного формирования сложных световых полей.

Защищаемые положения:

1. Прозрачный полимерный уединенный наноцилиндр (диаметр 700 нм, высота 1100нм) способен формировать оптические спирали в диапазоне высот от 30 нм до 1500 нм над вершиной наноцилиндра при прохождении через него непрерывного лазерного излучения с длинами волн 632.8 нм и 488 нм.

2. Топология оптических спиралей, формируемых полимерным наноцилиндром (диаметр 700 нм, высота 1100 нм) существенно зависит как от направления поляризации падающего лазерного излучения, так и от высоты над наноцилиндром. Происходит формирование как одинарных, так и двойных спиралей. В непосредственной близости к вершине наноцилиндра формируются как лево-, так и провозакрученные оптические спирали.

3. При прохождении лазерного излучения сквозь кристаллически-структурированную пленку из полимера PEG-40000 возможно формирование локальных провалов интенсивности излучения, представляющих собой расширяющиеся трубки, в которых отсутствует свет, с характерными поперечными размерами 1-2 мкм и высотой не менее 3 мкм. Провалы интенсивности наблюдаются в области узлов пленки.

4. С точностью до членов первого порядка малости асимптотического разложения в ряд по малому параметру (размер объекта/длина волны) электрические и магнитные компоненты ближнего светового поля нанообъектов могут быть выражены через две скалярные функции, удовлетворяющие уравнению Лапласа. В качестве ближнепольных компонент можно рассматривать набор спадающих при удалении от нанообъекта решений скалярного уравнения Лапласа в сферической системе координат.

Апробация работы

Результаты диссертационной работы неоднократно представлялись и обсуждались на международных конференциях: «ICONO/LAT-2010» (Kazan, Russia, 2010), «XVII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов-2010"» (Москва, 2010), «ICONO/LAT-2007» (Minsk, Belarus, 2007), «XIV Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов

2007"» (Москва, 2007). Также результаты докладывались на «4-ой Всероссийской Школе-Симпозиуме "Динамика и структура в химии и биологии"» (Москва, 2006) и обсуждались на научном семинаре кафедры общей физики и волновых процессов физического факультета МГУ (2008, 2010).

Основные результаты диссертации изложены в 11 научных публикациях (из них 3 статьи в международных научных рецензируемых журналах из списка ВАК, 2 препринта физического факультета МГУ, 6 тезисов в трудах конференций), список которых приведен в конце раздела.

Личный вклад автора

Все изложенные в диссертационной работе оригинальные результаты получены автором лично, либо при его непосредственном участии.

Содержание диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения и списка цитируемой литературы.

Заключение диссертации по теме «Лазерная физика», Дубровкин, Александр Михайлович

Заключение

На основе проведенной работы можно сформулировать основные результаты и выводы диссертации.

1. Создана экспериментальная установка апертурного СОМБП для исследования пространственных субволновых распределений светового поля, формируемых нанообъектами при лазерном освещении. Реализован режим трехмерного сканирования СОМБП при облучении образца по нормали на просвет и сбором прошедшего излучения зондом в объеме 40x40x4 мкм3. Реализована оптическая схема, позволяющая менять состояние поляризации падающего излучения. Реализованы режимы работы СОМБП в моде атомно-силового микроскопа и контактного СОМБП со сбором излучения зондом. Созданная установка может быть использована в качестве прототипа для производства лабораторных СОМБП с режимом трехмерного сканирования.

Создана лабораторная технология изготовления волоконно-оптических апертурных зондов для СОМБП.

Разработано программное обеспечение СОМБП, обеспечивающее функционирование всех режимов работы микроскопа и управление этими режимами через удобный пользовательский интерфейс.

2. Методом апертурной сканирующей оптической микроскопии ближнего поля исследованы пространственные распределения светового поля, образующиеся при лазерном освещении следующих наноструктурированных прозрачных диэлектрических объектов:

• уединенный полимерный наноцилиндр с характерными размерами (диаметр, высота) 700x1100 нм;

• уединенный полимерный столбик с характерными размерами (длина, ширина, высота) 500x300x550 нм и его реплика;

• конфигурация из пяти наноцилиндров с характерными размерами (диаметр, высота) 300х( 120-150) нм, расположенных на расстоянии 1 мкм друг от друга, и ее реплика;

• полимерная решетка в виде квазипериодически расположенных выпуклостей на прозрачной подложке с характерными размерами (диаметр, высота) 250x350 нм;

• полимерная решетка в виде квазипериодически расположенных углублений в прозрачной подложке с характерными размерами (ширина, глубина) 600x350 нм и разбросом длин (217) мкм;

• наноструктурированная пленка из чистого азокрасителя 4,4'-бис-(4-1Ч,1^-ди(п-бутил)аминофенилазо)бифенил толщиной порядка 300 нм;

• наноструктурированная пленка из чистого азокрасителя 4,4'-бис-(4-М,№-ди(п-бутил)аминофенилазо)бифенил толщиной порядка 300 нм, на поверхность которой помещена конфигурация из четырех микрошариков диаметром 1 мкм из полистирола;

• узлы прозрачной кристаллически-структурированной пленки из полимера РЕО-40000;

• узлы прозрачной кристаллически-структурированной пленки из полимера РЕС-40000 с добавлениями одиночных микрошариков диаметром 1 мкм из полистирола.

3. Впервые зарегистрировано формирование одиночных и двойных оптических спиралей, формируемых прозрачным нанообъектом. Показано, что полимерный уединенный наноцилиндр (диаметр 700 нм, высота 1100 нм) способен формировать оптические спирали в диапазоне высот от 30 нм до 1500 нм над вершиной наноцилиндра при прохождении через него непрерывного лазерного излучения с длинами волн 632.8 нм и 488 нм. Топология обнаруженных оптических спиралей зависит как от направления поляризации падающего лазерного излучения, так и от высоты над наноцилиндром. В непосредственной близости к вершине наноцилиндра формируются как лево-, так и провозакрученные оптические спирали.

Показано, что наличие поверхностных плазмонов не является обязательным фактором для формирования оптических спиралей нанообъектами.

4. Вблизи субволновых углублений в прозрачной полимерной подложке наблюдаются минимумы интенсивности лазерного излучения. Вблизи субволновых выпуклостей на прозрачной полимерной подложке наблюдаются максисумы интенсивности лазерного излучения. Наблюдаемые максимумы и минимумы сохраняются в пространстве, уменьшая свой контраст с ростом высоты, исчезая на фоне падающего лазерного излучения на высотах порядка длины волны.

5. Эффективность локализации света микрошариком из полистирола диаметром 1 мкм сохраняется при субволновом перераспределении падающего на него света.

6. Разработана методика получения кристаллически-структурированной пленки из полимера РЕО-4(ЮОО, способной формировать локальные провалы в интенсивности проходящего лазерного излучения. Отлажена методика применения двойной фоторепликации для приготовления прозрачных наноструктурированных экспериментальных образцов, содержащих уединенные нанообъекты и квазипериодические наноструктуры с характерными размерами порядка длины волны видимого света.

7. При прохождении лазерного излучения сквозь кристаллически-структурированную пленку из полимера РЕО-4СЮОО зарегистрировано формирование локальных провалов интенсивности излучения, представляющих собой расширяющуюся трубку, в которой отсутствует свет, с характерными поперечными размерами 1-2 мкм и высотой не менее 3 мкм. Провалы интенсивности наблюдаются в области узлов пленки. Локальные провалы интенсивности лазерного излучения могут быть использованы в качестве «локальных лабораторий» для исследования собственного рассеянного излучения (без интерференции с падающим излучением) одиночного нанообъекта, а также исследования интерференции собственного рассеянного излучения от нескольких нанообъектов и направленного формирования сложных световых полей.

8. Предложен математический формализм для описания светового ближнего поля нанообъектов. Показано, что как электрические, так и магнитные компоненты ближнего поля могут быть выражены с точностью до членов первого порядка малости асимптотического разложения в ряд по малому параметру (размер объекта/длина волны) через две скалярные функции, удовлетворяющие уравнению Лапласа.

9. Предлагается в качестве ближнепольных компонент, характеризующих световое ближнее поле, рассматривать набор спадающих при удалении от нанообъекта решений скалярного уравнения Лапласа в сферической системе координат.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Дубровкин, Александр Михайлович, 2010 год

1. P.N. Prasad. Nanophotonics. // New Jersey: Wile 2004.

2. M.H. Либенсон. Преодоление дифракционного предела в оптике. // Сороссовский образовательный журнал. 2000. - Т. 6, № 3. - С. 99104.

3. W.E. Moerner. Eyes on super-resolution. // Nature Photonics. 2009. -Vol. 3.-P. 368-369.

4. E. Abbe. Beiträge zur theorie des microskops und der microskopishen Wahrnehmung. // Arhiv f. Microskop. Anat. 1873. - Vol. 9. - P. 413-468.

5. Иванова T.B. Разработка математических методов моделирования и восстановления характеристик субдлинноволновых вторичных источников света. Диссертация кандидата тех. наук., Санкт-Петербург, ИТМО- 1999.

6. R.W. Gerchberg and W.O. Saxton. A practical algorithm for the determination of phase from image and diffraction plane pictures. // Optik. 1972. - Vol. 35. - P. 237-246.

7. J.R. Fienup. Phase retrieval algorithms: a comparison. // Applied Optics. -1982.-Vol. 21.-P. 2758-2769.

8. В.Ф. Дряхлушин, В.П. Вейко, Н.Б. Вознесенский. Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия и ближнепольные оптические зонды: свойства, изготовление и контроль параметров. // Квант, электроника. 2007. - Т. 37, № 2. - С. 193-203.

9. S.W. Hell and E.H.K. Stelzer. Properties of 4pi-confocal fluorescence microscope.//J. Opt. Soc. Am. A. 1992. - Vol. 9.-P. 2159-2166.

10. Eva Rittweger, Kyu Young Han, Scott E. Irvine, Christian Eggeling and Stefan W. Hell. STED microscopy reveals crystal colour centres with nanometric resolution. // Nature Photonics. 2009. - Vol. 3. - P. 144-147.

11. Alexandros Pertsinidis, Yunxiang Zhang, Steven Chu. Subnanometre single-molecule localization, registration and distance measurements. // Nature. 2010. - Vol. 466. - P. 647-653.

12. Xiaowei Zhuang. Nano-imaging with STORM. // Nature Photonics. 2009. -Vol. 3.-P. 365-367.

13. Kelly Rae Chi. Ever-increasing resolution. // Nature. 2009. - Vol. 462. -P. 675-678.

14. M. Ohtsu, K. Kobayashi. Optical near fields: Introduction to classical and quantum theories of electromagnetic phenomena at the nanoscale. // Springer-Verlag, Berlin 2004.

15. Li Z.Y., LinL.L. Evaluation of lensing in photonic crystal slabs exhibiting negative refraction. // Phys. Rev. B. 2003. - Vol. 68. - P. 245110.

16. Luo C., Johnson S.G., Joannopoulos J.D., Pendry J.B. Subwavelength imaging in photonic crystals. // Phys. Rev. B. 2003. - Vol. 68. - P. 045115.

17. Pendry J. Negative refraction index makes perfect lens. // Phys. Rev. Lett. -2000. Vol. 85. - P. 3966-3969.

18. Веселаго В.Г. Электродинамика веществ с одновременно отрицательными значениями s и ц. // УФН. 1967. - Т. 92, № 3. - С. 517-526.

19. Shelby R.A., Smith D.R., Schultz S. Experimental verification of a negative index of refraction. // Science. 2001. - Vol. 292. - P. 77-79.

20. Jason Valentine, Shuang Zhang, Thomas Zentgraf, Erick Ulin-Avila, Dentcho A. Genov, Guy Bartal, Xiang Zhang. Three-dimensional optical metamaterial with a negative refractive index. // Nature. 2008. - Vol. 455. -P. 376-380.

21. ShuminXiao, Vladimir P. Drachev, Alexander V. Kildishev, XingjieNi, Uday K. Chettiar, Hsiao-Kuan Yuan, Vladimir M. Shalaev. Loss-free and active optical negative-index metamaterials. // Nature. 2010. - Vol. 466. -P. 735-740.

22. Belov P.A., Simovski C.R., Ikonen P. Canalization of sub-wavelength images by electromagnetic crystals. // Phys. Rev. B. 2005. - Vol. 71. - P. 193105.

23. Пикулин A.B. Нелокальные эффекты при лазерной нанополимеризации. // Кандидатская диссертация, Нижний Новгород -2008.

24. Н. Heinzelmann, D.W. Pohl. Scanning near-field optical microscopy. // Appl. Phys. A 1994.-Vol. 59.-P. 89-101.

25. D. Courjon. Near-Field microscopy and near-field optics. // Imperial College Press, Singapore 2003.

26. D.W. Pohl, W. Denk, M. Lanz. Optical stethoscopy: image recording with resolution X/20. // Appl. Phys. Lett. 1984. - Vol. 44. - P. 651-653.

27. A. Lewis, М. Issacson, A. Muray, A. Harootunian. Scanning optical spectral microscopy with 500 A spatial resolution. // Biophys. J. 1983. -Vol. 41.-P. 405a.

28. E.H. Synge. A suggested method for extending microscopic resolution into the ultra-microscopic region. // Phyl. Mag. 1928. - Vol. 6, S. 7. - P. 356362.

29. D. McMullan. The prehistory of scanned image microscopy, part I: scanned optical microscopes. // In Proceedings RMS. 1990. - vol. 25/2. - P. 127131.

30. E.A. Ash, G. Nicholls. Super-resolution aperture scanning microscope. // Nature. 1972. - Vol. 237. - P. 510-512.

31. Быков B.A. Приборы и методы сканирующей зондовой микроскопии для исследования и модификации поверхности. // Докторская диссертация, Москва 2000.

32. U. Diirig, D.W. Pohl, F. Rohner. Near-field optical-scanning microscopy. // J. Appl. Phys.- 1986.-Vol. 59.-P. 3318-3327.

33. E. Betzig, R.J. Chichester. Single molecules observed by near-field scanning optical microscopy. // Science. 1993. - Vol. 262. - P. 14221425.

34. E. Betzig, M. Isaacson, A. Lewis. Collection mode near-field scanning optical microscopy. // Appl. Phys. Lett. 1987. - Vol. 51. - P. 2088.

35. R.C. Reddick, R.J. Warmack, T.L. Ferrell. New form of scanning optical microscopy. // Phys. Rev. B. 1989. - Vol. 39. - P. 767.

36. R.C. Reddick, R.J. Warmack, D.W. Chilcott, S.L. Sharp, and T.L. Ferrell. Photon scanning tunneling microscopy. // Rev. Sci. Instrum. 1990. - Vol. 61.-P. 3669.

37. D. Couijon, K. Sarayeddine, M. Spajer. Scanning tunneling microscopy. // Opt. Comm. 1989. - Vol. 71, No. 1, 2. - P. 23-28.

38. T. Mitsui, Y. Wakayama, T. Onodera, Y. Takaya, H. Oikawa. Observation of light propagation across a 90° corner in chains of microspheres on a patterned substrate. // Opt. Lett. 2008. - Vol. 33. - P. 1189.

39. M. Ohtsu, Near-field nano/atom optics and technology. // Springer-Verlag, Tokyo 1998.

40. J.Levy, A.Cohen, D.D. Awschalom. Three-dimensional wavefront imaging by near-field scanning optical microscopy. // Rev. Sci. Instrum. -1995.-Vol. 66.-P. 3385.

41. W.D. Herzog, M.S. Unlii, B.B. Goldberg, G.H. Rhodes, C. Harder. Beam divergence and waist measurements of laser diodes by near-field scanning optical microscopy. // Appl. Phys. Lett. 1997. - Vol. 70. - P. 688-690.

42. S.K. Rhodes, K.A. Nugent, A. Roberts. Precision measurement of the electromagnetic fields in the focal region of a high-numerical-aperture lens using a tapered fiber probe. // J. Opt. Soc. Am. A. 2002. - Vol. 19. - P. 1689-1693.

43. E. Betzig, J.K. Trautman, T.D. Harris, J.S. Weiner, and R.L. Kostelak. Breaking the diffraction barrier: optical microscopy on a nanometer scale. // Science. 1991.-Vol. 251, no. 3.-P. 1468-1470.

44. Bharat Bhushan, Harald Fuchs and Masahiko Tomitori. Applied scanning probe methods VIII: scanning probe microscopy techniques. // SpringerVerlag, Berlin Heidelberg 2008.

45. B. Hecht. Forbidden light scanning near-field optical microscopy. // PhD dissertation, Basel 1996.

46. L. Novotny, В. Hecht. Principles of nano-optics. // Cambridge: Cambridge University Press 2006.

47. T. Saiki, K. Matsuda. Near-field optical fiber probe optimized for illumination-collection hybrid mode operation. // Appl. Phys. Lett. 1999. -Vol. 74.-P. 2773-2775.

48. A.G.T. Ruiter. Near-field optical microscopy: towards the molecular scale. // PhD dissertation ISBN 90-3650976-9.

49. F. Zenhausern, Y. Martin and H.K. Wickramasinghe. Scanning interferometric apertureless microscopy: optical imaging at 10 anrstrom resolution. // Science. 1995. - Vol. 269 - P. 1083-1085.

50. В.Л.Миронов. Основы сканирующей зондовой микроскопии. // Российская академия наук, институт физики микроструктур, Нижний Новгород 2004, 110 с.

51. G. Binnig, D.P.E. Smith. Single-tube three-dimensional scanner for scanning tunneling microscopy. // Rev. Sci. Instrum. 1986. - Vol. 57, no. 8.-P. 1688-1689.

52. P. Murait, D.W. Pohl, W. Denk. Wide-range, low-operating-voltage, bimorph STM: application as potentiometer. // IBM J. Res. Develop. -1986. Vol. 30, no. 5. - P. 443-450.

53. M. Борн, Э. Вольф. Основы оптики. // Пер. с англ., 2 изд., Москва: издательство «Наука» 1973.

54. K.G. Lee, H.W. Kihm, J.E. Kihm, W.J. Choi, H. Kim, C. Ropers, D.J. Park, Y.C. Yoon, S.B. Choi, D.H. Woo, J. Kim, B. Lee, Q.H. Park, C. Lienau, D.S. Kim. Vector field microscopic imaging of light. // Nature photonics -2007.-Vol. l.-P. 53-56.

55. Gaétan Lévêque, Gérard Colas des Francs, Christian Girard, Jean Claude Weeber, Christophe Meier, Cécile Robilliard, Renaud Mathevet, John Weiner. Polarization state of the optical near field. // Phys. Rev. E. 2002. -Vol. 65.-P. 036701-1-036701-8.

56. T. Setâla, M. Kaivola, A.T. Friberg. Degree of polarization in near fields of thermal sources: Effects of surface waves. // Phys. Rev. Lett. 2002. - Vol. 88.-P. 123902.

57. T. Setâla. Spational correlations and partial polarization in electromagnetic fields: effects of evanescent waves. // D.Sc. dissertation, Helsinki University of Technology, Espoo 2003.

58. Жданов Г.С., Лнбенсон M.H., Марциновский Г.А. Оптика внутри дифракционного предела. // УФН. 1998. - Т. 168, № 7. - С. 801-804.

59. Н.А. Bethe. The theory of diffraction by small holes. // Phys. Rev. S. 2. -1944.-Vol. 66, no. 7-8.-P. 163-182.

60. C.J. Bouwkamp. On Bethe's theory of diffraction by small holes. // Philips. Res. Rep. 1950. - Vol. 5. - P. 321-332.

61. C.J. Bouwkamp. Diffraction theory. // Rep. Phys. 1954. - Vol. 27. - P. 35-100.

62. KlimovV.V., LetokhovV.S. A simple theory of the near-field in diffraction by a round aperture. // Opt. Commun. 1994. - Vol. 106. - P. 151.

63. A. Roberts. Electromagnetic theory of diffraction by a circular aperture in a thick, perfectly conducting screen. // J. Opt. Soc. Am. A. 1987. - Vol. 4, no. 10. P. 1970-1983.

64. A.Roberts. Near-zone fields behing circular apertures in thick, perfectly conducting screen. // J. Appl. Phys. 1989. - Vol. 65. P. 2896-2899.

65. A. Roberts. Small-hole coupling of radiation coupling into a near-field probe. //J. Appl. Phys. 1991. - Vol. 70. P. 4045-4049.

66. Becker R.S., Anderson V.E., Birkhoff R.D., Ferrell T.L., Ritchie R.H. Surface plasmon dispersion on a single-sheeted hyperboloid. // Canadian J. of Physics. 1981. - Vol. 59. - P. 521-529.

67. Klyuchnik V., Kurganov S.Yu. and Lozovik Yu.E. Plasmons at a hole in a screen. // Physics of the Solid State. 2003. - Vol. 45. - P. 1793-1797.

68. Т.И. Кузнецова, B.C. Лебедев. Структура световых волн в волноводе, сужающемся до субволновых поперечных размеров. // Квантовая электроника. 2002. - Т. 32, № 8. - С. 727-737.

69. Т.И. Кузнецова, B.C. Лебедев. Концентрация световой энергии в конусе с металлическим покрытием. // Квантовая электроника. 2003. -Т. 33, № 10.-С. 931-937.

70. Т.И.Кузнецова, В.С.Лебедев. Пространственное распределение световых полей в коническом кремниевом волноводе. // Квантовая электроника. 2004. - Т. 34, № 4. - С. 361-370.

71. T.I. Kuznetsova, V.S. Lebedev. Complex flow and reflection of evanescent waves from a nanometer-sized hole in a cylindrical waveguide. // Phys. Rev. E. 2008. - Vol. 78. - P. 016607.

72. В.Г. Низьев. Дипольно-волновая теория дифрфкци электромагнитного излучения. // УФН. 2002. - Т. 172, №. 5. - С. 601-607.

73. Дж. Джексон. Классическая электродинамика. // Перевод с англ., Москва: издательство «Мир» 1965.

74. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Теоретическая физика, том II: теория поля. // Москва: издательство «Наука» 1988.

75. G. Mie. Beiträge zur optik trüber medien, speziell kolloidaler metallösungen. // Ann. Physik. 1908. - Band 25, no. 3. - P. 377-445.

76. C.G. Bohren, D.R. Huffman. Absorption and scattering of light by small particles. //New York: John Willey- 1983.

77. JaewooNoh. Optical near-field distribution around a dielectric microsphere. // Journal of the Korean Physical Society. 2000. - Vol. 36, no. 2.-P. 67-71.

78. Климов B.B. Наноплазмоника. // 2-е изд., испр., Москва: Физматлит -2010.

79. Christian Girard, Alain Dereux. Near-field optics theories. // Rep. Prog. Phys. 1996. - Vol. 59. - P. 657-699.

80. C. Girard. Near fields in nanostructures. // Rep. Prog. Phys. 2005. - Vol. 68.-P. 1883-1933.

81. D.A. Christensen. Analysis of near-field tip patterns including object interaction using finite-difference time-domain calculations. // Ultramicroscopy. 1995. - Vol. 57. - P. 189-195.

82. H. Furukawa, S. Kawata. Analysis of image formation in a near-field scanning optical microscope: effects of multiple scattering. // Optics Commun. 1996. - Vol. 132. P. 170-178.

83. C. Hafner. Multiple Multipole (MMP) computations of guided waves and waveguide discontinuities. // Int. J. Numer. Model. Electron. Networks Devices Fields. 1990. - Vol. 3, no. - P. 247-257.

84. L. Novotny, C. Hafner, D.W. Pohl. The multiple multipole method in near-field optics. // In NFO-3, Brno, EOS Topical Meeting. 1995.- Vol. 8. - P. 31-32.

85. S.B. Singham, G.C. Salzman. Evaluation of the scattering matrix of an arbitrary particle using the coupled dipole approximation. // J. Chem. Phys. 1986. - Vol. 84. - P. 2658-2667.

86. C. Girard. Multipolar propagators near a corrugated surface: implication for local probe microscopy. // Phys. Rev. B. 1992. - Vol. 45. - P. 1800-1810.

87. К. Karrai, R.D. Grober. Piezoelectric tip-sample distance control for near field optical microscopes. // Appl. Phys. Lett. 1995. - Vol. 66, no. 14. - P. 1842-1844.

88. J. Barenz, O. Hollricher, O. Marti. An easy-to-use non-optical shear-force distance control for near field optical microscopes. // Rev. Sci. Instrum. -1996.-Vol. 67, no. 5.-P. 1912-1916.

89. A. Drabenstedt, J. Wrachtrup, C. Von Borczyskowski. A distance regulation scheme for scanning near-field optical microscopy. // Appl. Phys. Lett. 1996. - Vol. 68, no. 24. - P. 3497-3499.

90. E. Betzig, P.L. Finn, J.S. Weiner. Combined shear force and near-field scanning optical microscopy. // Appl. Phys. Lett. 1992. - Vol. 60, no. 20. -P. 2484-2486.

91. R. Toledo-Crow, P.C.Yang, Y.Chen, M. Vaez-Iravani. Near-field differential scanning optical microscopy with atomic force regulation. // Appl. Phys. Lett. 1992. - Vol. 60, no. 24. - P. 2957-2959.

92. H. Edwards, L. Taylor, W. Duncan, A.J. Melmed. Fast, high-resolution atomic force microscopy using a quartz tuning fork as actuator and sensor. // J. Appl. Phys. 1997. - Vol. 82, no. 3. - P. 980-984.

93. D.P. Tsai and Y.Y. Lu. Tapping-mode tuning fork force sensing for near-field scanning optical microscopy. // Appl. Phys. Lett. 1998. - Vol. 73, no. 19.-P. 2724-2726.

94. A.A. Ежов. Установка для сканирующей зондовой микроскопии, для микроскопии, спектроскопии и поляриметрии ближнего поля. // Кандидатская диссертация, Москва 2002.

95. АРС International Ltd. Пьезокерамическая керамика: принципы и применение. // Перевод с англ. С.Н. Жукова, Минск: ООО «ФУАинформ» 2003.

96. I. Horcas and R. Fernández, J.M. Gómez-Rodríguez, J. Colchero, J. Gómez-Herrero, A.M. Baro. WSXM: a software for scanning probe microscopy and a tool for nanotechnology. // Rev. Sci. Instrum. 2007. -Vol. 78. - P. 013705-1-013705-8.

97. Maxim V. Bashevoy, Alexander A. Ezhov, Sergey A. Magnitskii, Dmitrii V. Malakhov, Dmitrii A. Muzychenko, Vladimir I. Panov, Jarkyn S. Toursynov. // Proc. SPIE. 2004. -Vol. 5399. - P. 38-49.

98. Ахманов C.A., Никитин С.Ю. Физическая оптика. // М.: Изд-во Моск. университета 1998.

99. A.A. Ezhov, S.A. Magnitskii, N.S. Maslova, D.A. Muzychenko, A.A. Nikulin, V.I. Panov. Surfase-plosmon vortices in nanostructered metallic films // Письма в ЖЭТФ. 2005. - Т. 82, вып. 9. - С. 678-681.

100. J.F. Nye, M.V. Berry. Dislocations in wave trains. // Proc. R. Soc. Lond. A. -1974.-Vol. 336.-P. 165.

101. В.Ю. Баженов, М.В.Васнецов, M.C. Соскин. Лазерные пучки с винтовыми дислокациями волнового фронта. // Письма в ЖЕТФ. -1990. Т. 52, вып. 8. - С. 1037-1039.

102. П.В. Короленко. Оптические вихри. // Сороссовский образовательный журнал. 1998. - № 6. - С. 94-99.

103. M.R. Dennis. Topological singularities in wave fields. // Ph.D. thesis, University of Bristol 2001.

104. Ахманов C.A., Воронцов M.А., Иванов В.Ю. Крупномасштабные поперечные нелинейные взаимодействия в лазерных пучках; новые типы нелинейных волн, возникновение «оптической турбулентности». // Письма в ЖЭТФ. 1988. - Т. 47, вып. 12. - С. 611-614.

105. A.M. Дубровкин, А.А.Ежов, С.А.Магницкий, Д.В.Малахов, Н.М. Нагорский, В.И. Панов, С.В. Савинов. Формирование пространственных спиралевидных световых структур полимерным наноцилиндром. // Письма в ЖЭТФ. 2008. - Т. 88, вып. 9. - С. 654658.

106. A.M. Dubrovkin, А.А. Ezhov, S.A. Magnitskiy, D.V. Malakhov, V.I. Panov, and S.V. Savinov. Near-field 3D mapping of spiral light structures formed by a polymer nanocylinder. // Laser Physics. 2008. -Vol. 18, no. 12.-P. 1429-1434.

107. Alexei A. Maradudin. Light scattering and nanoscale surface roughness. // Springer Science+Buisness Media: New York 2007.

108. Д. Маркузе. Оптические волноводы. // Перевод с английского -издательство «Мир», Москва 1974.

109. Е. Zauderer. Complex argument Hermite-Gaussian and Laguerre-Gaussian beams. // J. Opt. Soc. Am. A. 1986. - Vol. 3. - P. 465-469.

110. A.M. Дубровкин, С.А.Магницкий, В.М.Чернявский. Закономерности формирования пространственных световых структур нанообъектами при лазерном освещении. // Препринт физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова. 2010. - № 2/2010, 53 с.

111. A.M. Dubrovkin, Y.Jung, V.M. Kozenkov, S.A. Magnitskii, and N.M. Nagorskiy. Nonlinear induced polarization dependent scattering in solid state azo-dye films. // Laser Physics Letters. 2007. - Vol. 4, № 4. -Pp. 275-278.

112. Джанг Я.С., Козенков B.M., Магницкий C.A., Нагорский H.M. Фотохромные и фотоанизотропные свойства азокрасителя AD-1 вразличных агрегатных состояниях. // Препринт физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова. 2006. - № 12/2006.

113. И.С. Осадько. Микроскоп ближнего поля как инструмент для исследования наночастиц. // УФН. Т. 180, № 1. - С. 83-87.

114. Lord Rayleigh. On the light from the sky, its polarization and colour. // Phil. Mag. 1871.-V. 41.-P. 107-120, 274-279.

115. A.F. Stevenson. Solution of electromagnetic scattering problems as power series in the ratio (dimension of scatterer)/wavelenght. // J. Appl. Phys. -1953. V. 24, № 9. - P. 1134-1142.

116. A.H. Боголюбов, В.В.Кравцов. Задачи по математической физике. // Изд. Московского университета 1998.

117. Я искренне благодарен сотрудникам C.B. Савинову и A.A. Ежову кафедры квантовой электроники физического факультета МГУ за полезные обсуждения, а также разработку и помощь в отладке программного обеспечения для управления СОМБП.

118. Хочется выразить благодарность сотруднику В.М. Чернявскому института механики МГУ за интересные теоретические обсуждения и математические дискуссии.

119. Я искренне благодарен руководителю НКТБ "Пьезоприбор" РГУ А.Е. Паничу за отзывчивость и помощь в изготовлении пьезокерамического сканера для СОМБП.

120. Выполнение диссертационной работы было частично поддержано грантами РФФИ 06-02-16938-а, 10-02-01089-а.

121. В заключение хочется особенно поблагодарить Мальцеву Диану Васильевну, Болотова Алексея Борисовича и мою замечательную семью за помощь в сложных ситуациях, заботу и хорошее настроение.