원뿔형 금속팁에서의 양면 입사를 통한 전기장 및 자기장의 선택적 초집속현상

Abstract

지난 수년간에 걸쳐서 근거리장 주사 광학 현미경의 분해능과 성능을 개선하기 위해 금속 코팅 유전체나 금속팁 탐침을 활용하는 방안에 대한 연구가 계속 되어 왔다. 여러 가지 종류의 색다른 구조나 구성물을 이용 한 탐침 구조나 구성물에서 나타나는 성능을 분석하는 연구는 많이 이루 어져 왔으나, 탐침 구조가 가지는 대칭성과 빛의 조명 방법에서 야기되는 탐침 꼭지점에서의 전자기장 패턴에 초점을 맞춘 연구는 충분히 이루 어지지 못했다. 본 논문에서는 원뿔형 금속팁에 빛을 조명해주어 표면 플라즈몬을 생성하는 방식에 있어서 단면 입사와 양면 입사, 특히 양면 입사파의 위상이 서로 일치하는 대칭 입사와 위상이 반대되는 반대칭 입사 방식을 사용했을 때의 금속팁 꼭지점에서 생성된 전자기장의 집속도를 비교하였다. 또한 금속팁을 하나의 대칭 모드 필터로 해석함으로써 전자기장 집속도의 차이를 설명하였다. 그리고 유한차분법 전산모사를 통해 양면 입사파의 위상차를 조절함으로써 팁에서의 전기장 또는 자기장을 선택적으로 집속시킬 수 있음을 보였다.

For the past few years, there have been continuous efforts to increase the resolution / performance of NSOM(Near-field Scanning Optical Microscope), for example by utilizing the plasmon propagations in metal-coated dielectric tip or metal tip structures. Although there exist series of studies analyzing the performance of NSOM probes under different structures, less attention has been paid to the method of plasmon excitation, related to the field patterns at the tip or symmetry of the tip structures. In this paper, we compare the efficiency of field enhancement at the conical NSOM metal tip-apex, under single- / double- sided and in- / out-of- phase excitation of SPP (Surface Plasmon Polariton) waves. Interpreting the NSOM tip as a symmetric mode combiner, we reveal and explain the differences in the field enhancement efficiency. Results show that, it is possible to selectively address/enhance either the electric or magnetic field at the tip by controlling the relative phase between the excitation waves.