(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211053184.9 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 中国科学院国家空间科 学中心 地址 100190 北京市海淀区中关村南 二条1 号 (72)发明人 葛书岐　张德海　彭召敏　 (74)专利代理 机构 北京方安思达知识产权代理 有限公司 1 1472 专利代理师 张红生　杨青 (51)Int.Cl. G01N 21/3581(2014.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 用于散射式近场扫描成像收发设计的二三 维联合仿真方法 (57)摘要 本发明公开了用于散射式近场扫描成像收 发设计的二三维联合仿真方法， 该方法包括： 基 于镜像偶极子理论模型， 建立三维模型， 并根据 剖面建立二维模型； 分别在二维和三维模型中， 通过改变针尖与样品间距离模拟针尖高频周期 性运动， 在有样品和无样品的情况下， 得到近场 电场强度及散射功率强度； 在针尖曲率半径大于 设定阈值时， 在三维模型中， 改变三维模 型边长， 得到不同光斑大小下的散射功率强度； 在二维模 型中， 改变针尖曲率半径， 得到不同针尖曲率半 径下的近场电场强度； 步骤s5)在针尖曲率半径 大于设定阈值时， 根据得到的散射功率强度和近 场电场强度， 建立两者关系， 得到在针尖曲率半 径小于阈值时的散射功率强度。 权利要求书2页 说明书5页 附图5页 CN 115420705 A 2022.12.02 CN 115420705 A 1.一种用于 散射式近场扫描成像收发设计的二 三维联合仿真方法， 所述方法包括： 步骤s1)基于镜像偶极子理论模型， 建立三维模型， 并根据三维模型剖面建立二维模 型； 步骤s2)分别在二维模型和三维模型中， 通过改变针尖与样品间距离模拟针尖高频周 期性运动， 在有样品和无样品的情况 下， 得到近场电场强度及散射功率强度； 步骤s3)在针尖曲率半径大于设定阈值 时， 在三维模型中， 改变模拟入射光斑的三维模 型边长， 得到不同光斑大小下的散射功率强度； 步骤s4)在二维模型中， 改变针尖曲率半径， 得到不同针尖曲率半径下的近场电场强 度； 步骤s5)在针尖曲率半径大于设定阈值时， 根据步骤s3)和步骤s4)得到的散射功率强 度和近场电场强度， 建立两者之间关系， 得到在针尖曲率半径小于阈值时的散射功率强度。 2.根据权利要求1所述的用于散射式近场扫描成像收发设计的二三维联合仿真方法， 其特征在于， 所述 步骤s1)的镜像偶极子理论模型 具体包括： β ＝( εs‑1)/( εs+1) 其中， αeff‑tip为耦合系统的有效极化率， β为样品有关的反射系数， εs表示样品介电常 数， α 为针尖极化 率， εt表示针尖介电常数， a为针尖曲率半径， r为针尖与样品 间距离。 3.根据权利要求1所述的用于散射式近场扫描成像收发设计的二三维联合仿真方法， 其特征在于， 所述 步骤s2)具体包括： 通过改变针尖与样品间距离r， 在[ ‑A,A]中取N点来模拟针尖高频周期性运动， 模拟实 际散射式近场光学扫描系统， 其中 高频周期性 运动满足下式： r＝Acos(2 π Ωt+φ)+z+a 其中， Ω为针尖振动频率， A为针尖振动振幅， z为针尖与样品的初始距离， a为针尖曲率 半径； 并记录在不同针尖与样品间距离r时， 在有样品和无样品的情况下， 在二维模型中对应 点的近场电场强度以及 在三维模型中对应散射 面的散射功率强度。 4.根据权利要求3所述的用于散射式近场扫描成像收发设计的二三维联合仿真方法， 其特征在于， 所述 步骤s3)具体包括： 在针尖曲率半径a大于设定阈值 时， 通过改变三维模型边长使得入射面面积改变， 进而 得到不同的光斑大小， 同时记录对应不同散射面的散射功率强度； 其中入射面与散射面为 同一个面。 5.根据权利要求3所述的用于散射式近场扫描成像收发设计的二三维联合仿真方法， 其特征在于， 所述 步骤s4)具体包括： 在针尖曲率半径a小于设定阈值 时， 在二维模型中， 通过改变针尖曲率半径a， 得到不同 针尖曲率半径下的近场电场强度。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115420705 A 26.根据权利要求1所述的用于散射式近场扫描成像收发设计的二三维联合仿真方法， 其特征在于， 所述 步骤s5)具体包括： 在针尖曲率半径大于设定阈值时， 根据步骤s3)和步骤s4)得到的散射功率强度和近场 电场强度， 由坡印廷定理得到 近场电场强度平方与功率强度呈正比关系， 满足下式： 其中， P有样品和P无样品分别表示有样品功率强度和无样品功率强度， E有样品和E无样品分别表示 有样品近场电场强度和无样品近场电场强度， k表示系数； 在针尖曲率半径小于设定 阈值时， 通过二维模型获得的近场电场强度由上述正比关系 估算出三维模型的散射功率强度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115420705 A 3