Fabrication of a plasmonic optical transformer for near field imaging by nanoimprint lithography

In the expansion of nanoscale optics, near-field optical microscopies and spectroscopies seek to investigate materials by combining the best aspects of optical characterization and scan-probe microscopy techniques exploiting photonic/plasmonic transducers. The gain in using plasmons is in terms of enhanced evanescent electromagnetic fields. These occur in nanogaps between plasmonically active nanostructures, providing access to chemical, morphological, physical and dynamical information at nanometer length scales by efficiently merging broadband field enhancement with bidirectional coupling of far- to near-field electromagnetic modes. New challenges in nanofabrication are thus engendered as well. The evolution of applications in surface-enhanced spectroscopies, nonlinear optics and nanophotonics inherently depends on the availability of such accurate probe geometries. This work focuses on a particular probe tip called Campanile, a new microscopy tool from researchers at the Department of Energy (DOE)’s Lawrence Berkeley National Laboratory which overcomes many shortcomings of previous near-field probes. The present work purpose is to experimentally investigate nanoimprint lithography on optical fiber towards less time- and cost- consuming and more reproducible procedures. It has been proposed an alternative method, demonstrating how the campanile structure can be shaped on glass and UV curable resist through FIB milling and that imprinting of the mentioned feature is possible on optical fibers. A final outlook is presented and further challenges have been assessed.

Nei riguardi della crescente espansione della nanoottica, le tecnologie di spettroscopia e microscopia ottica di campo vicino cercano di studiare i materiali, combinando i migliori aspetti delle tecniche di caratterizzazione ottica ed a scansione di sonda, sfruttando la trasduzione fotonico-plasmonica. Il guadagno in utilizzo plasmoni è in termini di campi elettromagnetici evanescenti amplificati. Questi si verificano in nanogap tra nanostrutture attive da un punto di vista plasmonico, fornendo l'accesso ad interessanti informazioni che riguardano la morfologia, la chimica, la fisica e la dinamica, su scala nanometrica, accompiando in modo efficiente l'amplificazione (l'enhancement) del campo con un efficiente accoppiamento bidirezionale dei modi elettromagnetici dal campo lontano (far field) al campo vicino (near field). Si generano così nuove sfide per quanto riguarda la nano-fabbricazione di queste nuove strutture . L'evoluzione delle applicazioni nel campo della spettroscopia amplificate da superfici maggiore, dell' ottica non lineare e della nanofotonica, dipende intrinsecamente dalla disponibilità di opportune e precise geometrie di sonde ad elevata risoluzione. Questo lavoro si concentra su una sonda a punta particolare chiamata Campanile, un nuovo strumento sviluppato da ricercatori del Department of Energy (DOE) del Lawrence Berkeley National Laboratory che supera molte lacune che presenziavano in diversa misura nelle sonde di generazioni precedenti. L'obiettivo principale di questo lavoro è quello di studiare sperimentalmente le possibilità di litografia di stampa nanometrica su fibra ottica, nell'ottica di sviluppare un processo di fabbricazione “ottimizzato” in termini di tempo, costi e ripetibilità. Si è proposto infine un metodo che dimostri come la struttura della torre a campanile possa essere modellata su vetro e resist attraverso l'utilizzo delle tecnologie a fascio ionico focalizzato e di stampa nanometrica. Si dimostra infine che la struttura è in prima istanza realizzabile sulla punta di una fibra ottica da usare come sonda. Si discutono infine prospettive e sfide future.