We introduce an optical fiber platform which can be used to interrogate proximity interactions between free-electron evanescent fields and photonic nanostructures at optical frequencies in a manner similar to that in which optical evanescent fields are sampled using nanoscale aperture probes in scanning near-field microscopy. Conically profiled optical fiber tips functionalized with nano-gratings are employed to couple electron evanescent fields to light via the Smith-Purcell effect. We demonstrate the interrogation of medium energy (30–50 keV) electron fields with a lateral resolution of a few micrometers via the generation and detection of visible/UV radiation in the 700–300 nm (free-space) wavelength range.

1.
D. W.
Pohl
,
W.
Denk
, and
M.
Lanz
,
Appl. Phys. Lett.
44
,
651
(
1984
).
2.
M.
Burresi
,
D.
van Oosten
,
T.
Kampfrath
,
H.
Schoenmaker
,
R.
Heideman
,
A.
Leinse
, and
L.
Kuipers
,
Science
326
,
550
(
2009
).
3.
M.
Mivelle
,
I. A.
Ibrahim
,
F.
Baida
,
G. W.
Burr
,
D.
Nedeljkovic
,
D.
Charraut
,
J.-Y.
Rauch
,
R.
Salut
, and
T.
Grosjean
,
Opt. Express
18
,
15964
(
2010
).
4.
P.
Bharadwaj
,
R.
Beams
, and
L.
Novotny
,
Chem. Sci.
2
,
136
(
2011
).
5.
6.
N.
Fang
,
H.
Lee
,
C.
Sun
, and
X.
Zhang
,
Science
308
,
534
(
2005
).
7.
K.
Dholakia
and
T.
Čižmár
,
Nat. Photonics
5
,
335
(
2011
).
8.
M. L.
Juan
,
M.
Righini
, and
R.
Quidant
,
Nat. Photonics
5
,
349
(
2011
).
9.
J.
Zhang
,
K. F.
MacDonald
, and
N. I.
Zheludev
,
Phys. Rev. B
85
,
205123
(
2012
).
10.
D.
Van Thourhout
and
J.
Roels
,
Nat. Photonics
4
,
211
(
2010
).
11.
J.
Zhang
,
K. F.
MacDonald
, and
N. I.
Zheludev
,
Light: Sci. Appl.
2
,
e96
(
2013
).
12.
S. A.
Maier
,
Plasmonics—Fundamentals and Applications
(
Springer
,
New York
,
2007
).
13.
J. A.
Schuller
,
E. S.
Barnard
,
W.
Cai
,
Y. C.
Jun
,
J. S.
White
, and
M. L.
Brongersma
,
Nature Mater.
9
,
193
(
2010
).
14.
E.
Ozbay
,
Opt. Photonics News
19
,
22
(
2008
).
15.
N. I.
Zheludev
and
Y. S.
Kivshar
,
Nature Mater.
11
,
917
(
2012
).
16.
G. T.
Di Francia
,
II Nuovo Cimento
16
,
61
(
1960
).
17.
P.
Van den Berg
,
J. Opt. Soc. Am.
63
,
1588
(
1973
).
18.
F. J.
García de Abajo
,
Rev. Mod. Phys.
82
,
209
(
2010
).
19.
T.
Muto
,
S.
Araki
,
R.
Hamatsu
,
H.
Hayano
,
T.
Hirose
,
P.
Karataev
,
G.
Naumenko
,
A.
Potylitsyn
, and
J.
Urakawa
,
Phys. Rev. Lett.
90
,
104801
(
2003
).
20.
G.
Kube
,
H.
Backe
,
H.
Euteneuer
,
A.
Grendel
,
F.
Hagenbuck
,
H.
Hartmann
,
K. H.
Kaiser
,
W.
Lauth
,
H.
Schöpe
,
G.
Wagner
,
T.
Walcher
, and
M.
Kretzschmar
,
Phys. Rev. E
65
,
056501
(
2002
).
21.
M. V.
Bashevoy
,
F.
Jonsson
,
K. F.
MacDonald
,
Y.
Chen
, and
N. I.
Zheludev
,
Opt. Express
15
,
11313
(
2007
).
22.
M.
Bosman
,
V. J.
Keast
,
M.
Watanabe
,
A. I.
Maaroof
, and
M. B.
Cortie
,
Nanotechnology
18
,
165505
(
2007
).
23.
V.
Myroshnychenko
,
J.
Nelayah
,
G.
Adamo
,
N.
Geuquet
,
J.
Rodríguez-Fernández
,
I.
Pastoriza-Santos
,
K. F.
MacDonald
,
L.
Henrard
,
L. M.
Liz-Marzán
,
N. I.
Zheludev
,
M.
Kociak
, and
F. J.
García de Abajo
,
Nano Lett.
12
,
4172
4180
(
2012
).
24.
R.
Sapienza
,
T.
Coenen
,
J.
Renger
,
M.
Kuttge
,
N. F.
van Hulst
, and
A.
Polman
,
Nature Mater.
11
,
781
(
2012
).
25.
G.
Adamo
,
K. F.
MacDonald
,
Y. H.
Fu
,
C.-M.
Wang
,
D. P.
Tsai
,
F. J.
García de Abajo
, and
N. I.
Zheludev
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
113901
(
2009
).
26.
S.
Liu
,
M.
Hu
,
Y.
Zhang
,
W.
Liu
,
P.
Zhang
, and
J.
Zhou
,
Phys. Rev. E
83
,
066609
(
2011
).
27.
P. J. M.
van der Slot
,
T.
Denis
,
J. H. H.
Lee
,
M. W.
van Dijk
, and
K. J.
Boller
,
IEEE Photonics J.
4
,
570
(
2012
).
28.
J. V.
Jelley
,
Čerenkov Radiation and its Applications
(
Pergamon Press
,
London
,
1958
).
29.
S. J.
Smith
and
E. M.
Purcell
,
Phys. Rev.
92
,
1069
(
1953
).
30.
Y.
Neo
,
H.
Shimawaki
,
T.
Matsumoto
, and
H.
Mimura
,
J. Vac. Sci. Technol., B: Microelectron. Nanometer Struct.
24
,
924
(
2006
).
31.
J.
Gardelle
,
P.
Modin
, and
J.
Donohue
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
224801
(
2010
).
32.
J.
Urata
,
M.
Goldstein
,
M. F.
Kimmitt
,
A.
Naumov
,
C.
Platt
, and
J. E.
Walsh
,
Phys. Rev. Lett.
80
,
516
(
1998
).
33.
S.
Korbly
,
A.
Kesar
,
J.
Sirigiri
, and
R.
Temkin
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
054803
(
2005
).
34.
S. E.
Korbly
,
A. S.
Kesar
,
R. J.
Temkin
, and
J. H.
Brownell
,
Phys. Rev. Spec. Top.--Accel. Beams
9
,
022802
(
2006
).
35.
G.
Doucas
,
V.
Blackmore
,
B.
Ottewell
,
C.
Perry
,
P. G.
Huggard
,
E.
Castro-Camus
,
M. B.
Johnston
,
J. L.
Hughes
,
M. F.
Kimmitt
,
B.
Redlich
, and
A.
van der Meer
,
Phys. Rev. Spec. Top.--Accel. Beams
9
,
092801
(
2006
).
36.
F. G.
de Abajo
and
M.
Kociak
,
New J. Phys.
10
,
073035
(
2008
).
37.
B.
Barwick
,
D. J.
Flannigan
, and
A. H.
Zewail
,
Nature
462
,
902
(
2009
).
38.
J.
Breuer
and
P.
Hommelhoff
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
134803
(
2013
).
39.
E.
Peralta
,
K.
Soong
,
R.
England
,
E.
Colby
,
Z.
Wu
,
B.
Montazeri
,
C.
McGuinness
,
J.
McNeur
,
K.
Leedle
, and
D.
Walz
,
Nature
503
,
91
(
2013
).
40.
X.
Bendana
,
A.
Polman
, and
F. J.
García de Abajo
,
Nano Lett.
11
,
5099
(
2011
).
41.
P. C.
Fletcher
,
V. K. R.
Mangalam
,
L. W.
Martin
, and
W. P.
King
,
J. Vac. Sci. Technol., B
31
,
021805
(
2013
).
42.
J. Y.
Lin
,
S. H.
Wang
,
T. T.
Chen
,
C. Y.
Chen
,
L. J.
Chou
,
J. C.
Hwang
, and
C. S.
Kou
,
J. Electrochem. Soc.
158
,
D426
(
2011
).
You do not currently have access to this content.