[發明專利]一種基于銳邊衍射產生超振蕩光針的系統和方法

有效

• 申請號: 201910447250.2
• 申請日: 2019-05-27
• 公開（公告）號: CN110161715B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 付神賀;呼燕文;陳振強;李真;尹浩
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: G02B27/42
• 分類號: G02B27/42
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 黃磊

本發明公開了一種基于銳邊衍射產生超振蕩光針的系統，包括：光源，用于產生單色激光；透鏡，用于對激光進行聚焦，在焦深區域形成準直平面光波；銳邊衍射組件，用于吸收準直平面光波的中心部分，由于銳邊衍射，產生超振蕩聚焦光場；物鏡組，用于搜集并放大所述超振蕩聚焦光場；相機，用于采集記錄經物鏡組搜集的超振蕩聚焦光場。本發明提出一種簡易可行的基于銳邊衍射產生超振蕩光針的系統和方法。結合銳邊金屬圓盤或圓環即可實現百納米量級超振蕩光針的產生，該系統結構簡易，操作靈活，穩定且造價低廉，具有顯著實用價值。

技術領域

本發明涉及超振蕩光針的產生技術領域，具體涉及一種基于銳邊衍射產生超振蕩光針的系統和方法。

背景技術

超振蕩這一概念出現在量子力學的弱測量概念中：在空間局部測量獲得的光波波數值，可能并不存在于空間整體測量結果的范圍內。2006年，英國布里斯托大學Berry及其合作者首次將量子超振蕩的概念與光學超分辨聯系起來，從理論上指出，利用特殊設計的光學微納結構(如亞波長光柵結構)對入射平面光場進行振幅調制，調制后的衍射光場在遠場區域可以實現亞波長光學超衍射極限聚焦，并把該現象命名為光學超振蕩。

Berry的研究成果在國際上引起了強烈的反響，國內外許多研究組在這個問題上展開了深入的研究。例如，2012年，英國南安普頓大學Zheludev研究團隊利用矢量衍射理論并結合優化算法，在金屬薄膜上加工出精細的二元振幅型金屬圓環陣列結構，稱之為超振蕩透鏡，在距離超振蕩透鏡10.3μm處實現聚焦光斑，其半高寬為0.29λ。2013年，新加坡國立大學Qiu團隊基于矢量索末菲-瑞利衍射理論并結合粒子群優化算法，從理論上設計了一種二元振幅型同心金屬圓環陣列結構，對波長為633nm的徑向偏振光實現了極強的縱向偏振聚焦光場，焦斑半高寬為0.39λ。2014年，重慶大學陳等人基于準連續振幅調控和二值相位調控的理論設計，構建出寬視場的超振蕩透鏡，理論上獲得的超振蕩光斑尺寸為0.31λ。

然而，以上所使用的超振蕩元器件，其結構非常復雜，一般需要在微米尺寸大小的金屬薄膜上刻蝕成千上萬且尺寸為納米級別的結構單元，設計過程中，往往需要依賴于優化算法，得出最佳的超振蕩結構參數，且所設計的結構缺乏對超振蕩聚焦光斑的物理解釋。此外，從已有的研究結果可以看出，目前實現的超衍射聚焦光斑尺寸難以突破0.3λ，急需發明更簡單的方法用于產生更小的超振蕩聚焦光斑。

有鑒于此，行業內急需研發一種結構簡單且能產生尺寸更小的超振蕩光針的系統或方法。

發明內容

本發明的目的是為了克服以上現有技術存在的不足，提供了一種基于銳邊衍射產生超振蕩光針的系統和方法。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：

一種基于銳邊衍射產生超振蕩光針的系統，包括：光源，用于產生單色激光；透鏡，用于對激光進行聚焦，在焦深區域形成準直平面光波；銳邊衍射組件，用于吸收準直平面光波的中心部分，由于銳邊衍射，產生超振蕩聚焦光場；物鏡組，用于搜集并放大所述超振蕩聚焦光場；相機，用于采集記錄經物鏡組搜集的超振蕩聚焦光場。

優選地，所述銳邊衍射組件包括：金屬圓盤或者金屬圓環，所述金屬圓盤、金屬圓環的厚度均為百納米量級，均制作于透明襯底上。

優選地，所述透明襯底為玻璃基底，所述金屬圓盤為在玻璃基底上鍍厚度為60nm，直徑為9μm的金屬膜制成。

優選地，所述透明襯底為玻璃基底，所述金屬圓環為在玻璃基底上鍍厚度為60nm，環內徑為6μm，環縫寬為1μm的金屬膜制成。

優選地，所述銳邊衍射組件，還用于吸收準直平面光波的中心部分，由于銳邊衍射，激發出高階衍射波場，高階衍射波場在遠場進行有規則的相干疊加形成超振蕩聚焦光場。

優選地，所述物鏡組包括：依次設置的物鏡和套筒透鏡；所述物鏡，用于搜集并放大通過銳邊衍射組件產生的超振蕩聚焦光斑；所述套筒透鏡，用于將搜集的聚焦光斑矯正并成像。