面向纳米尺度紧聚焦的级联超构透镜设计与应用研究
批准号:
12074444
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
梁浩文
依托单位:
学科分类:
微纳光学与光子学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
梁浩文
中文摘要
新型光场调控是纳米尺度光聚焦和无标记远场显微的重要技术基础。然而传统光场调控成像系统光路复杂、元件对准精度低、抗干扰能力差,所生成的极小焦斑的稳定性和光场质量亟待提高。为解决上述问题,本项目拟在前期开发的单晶硅超透镜超大数值孔径聚焦(Nano Lett. 2018,OPN 2018)、超大数值孔径成像透镜全性能设计(Optica 2019)及逆向自适应微纳结构设计等工作基础上,研制出具有纵向层叠结构的级联超构透镜,实现在微纳厚度上对紧聚焦光场的多参量调控,从而提高器件的集成度。通过多层单晶硅转移、光学粘合及电子束套刻等技术,使其层间对准精度达亚波长级,确保高质量矢量光场紧聚焦光斑的生成。此级联超构透镜还将结合共聚焦扫描技术,实现亚百纳米分辨率无标记远场成像。本项目开发的技术可有效提高紧聚焦矢量光场的空间光场调控能力,同时简化系统结构,可望促进极小尺度紧聚焦微纳光子器件的普及应用。
英文摘要
Tight focusing vector beams possess several extraordinary properties including symmetry energy distribution, ultra-small size, and strong longitudinal electric component. It is meaningful for novel light-mater interaction and far-field, non-intrusive nano-imaging. Nevertheless, the system is rather complicated with low alignment accuracy between each optical element, and external disturb such as vibration will destroy the stability of tight focusing. To avoid these disadvantages, we intend to study the integrated metasurface to achieve high-quality tight focusing vector beam. By using multilayer crystalline silicon transfer, optical adherence, and electron beam fabrication, the vertical alignment of each metasurfaces can be fabricated with accuracy down to a few nano-meters. This technique could simplify the architecture of the system and reduce the cost, as well as increase the stability of nano-imaging. We foresee that this technique is able to bloom the usage of highly integrated meta-photonic devices.
本项目主要研究级联超构表面结构对光场调控能力的提升,特别是研究具有级联结构的超构透镜的光场性质和成像性能。本项目提出了级联超构透镜的设计理论,通过仿真方法模拟了级联超构透镜的聚焦光场性质,制备出级联超构透镜器件,并探索了由大偏折角度偏折器构成的超构透镜的聚焦和成像性能,演示了相关器件的成像应用。. 研究成果主要包括:(1)发展并实现了超构表面级联技术,设计出具有双层超构表面级联结构的高数值孔径三基色消色差超构透镜;(2)提出具有高效光场模式air -mode的超构单元设计方法,解决了超构透镜在液浸条件下的高效聚焦问题;(3)将air-mode模式拓展到超构光栅结构,实现了最高偏折角度达78.6°的一系列超构光栅,并以此构成非偏振超高数值孔径超构透镜,数值孔径达1.48,进一步演示了其超高分辨率共聚焦显微应用;(4)提出了矢量光场紧聚焦光与物质相互作用理论,分析了紧聚焦光场与纳米结构相互作用产生的纵向局域态密度对成像结果的影响,为矢量光场紧聚焦成像结果提供全链条分析能力;(5)设计出级联组合的超构透镜变焦镜组,通过调整透镜间的间距,可实现最大变焦倍数达11.9倍的大范围变焦成像,并演示了其宽场直接成像应用。. 迄今,本项目成员共发表学术论文16篇,申请中国发明专利3篇,授权2篇,培养研究生5人。项目研究成果可望突破传统光场紧聚焦光路复杂和不稳定的技术瓶颈,对研究纳米尺度极端光聚焦、表征与操控,促进基于远场非干扰光学纳米成像技术由基础研究走向应用具有重要的现实意义。
基于超构透镜的大信息容量功能显微成像研究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2025
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负责人:梁浩文
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依托单位:
矢量光场集成超构透镜的设计制备与成像研究
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批准号:2020A151501424
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2020
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负责人:梁浩文
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依托单位:
基于光场调控的散射体后物体三维图像快速恢复研究
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批准号:11704421
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2017
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负责人:梁浩文
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依托单位:
国内基金
海外基金