基於光學超振盪的遠場超分辨成像複合透鏡

《基於光學超振盪的遠場超分辨成像複合透鏡》是依託重慶大學，由陳剛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於光學超振盪的遠場超分辨成像複合透鏡
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳剛
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

超分辨光學成像在光學顯微、光學遙感、亞波長光刻、超高密度存儲等領域有著重要的套用前景。項目針對傳統光學成像器件的衍射極限問題，提出一種準連續振幅相位調控超振蕩平面透鏡與平凸介質透鏡一體化集成的遠場超分辨成像複合透鏡，突破衍射極限，實現高通量、低旁瓣、大視場的遠場超分辨成像；利用平凸透鏡和超振蕩平面透鏡色散補償，解決超分辨成像色差問題。項目將重點研究光學超振盪成像物理機制，突破基於光學超振盪的遠場超分辨成像理論；研究亞波長結構光場調控物理機制，突破具有特定振幅相位調控特性和色散特性的亞波長結構設計方法，建立遠場超分辨成像器件模型和設計方法；突破大面積亞波長結構陣列加工、集成工藝；研製遠場超分辨成像複合透鏡原理樣品；建立遠場超分辨成像器件測試系統及評估方法；為無標記、無需後處理的遠場超分辨光學成像系統奠定理論和技術基礎，具有重要的科學意義和廣泛的套用前景。

結題摘要

本項目主要面向光學顯微、光學遙感、深亞波長光刻、超高密度光存儲等領域對非標記遠場超分辨光學成像器件的迫切需求，針對現有遠場超分辨透鏡焦斑旁瓣大、視場小、聚焦效率低等不足，根據項目計畫，開展了基於光學超振盪的遠場超分辨新型成像器件研究。在理論研究方面，主要開展了超振盪光場構建、超振盪成像、光場調控等物理機制的研究；在此基礎上，針對超振盪透鏡研製需求，進一步研究了超表面結構的振幅、相位、偏振、色散特性，提出了多種振幅、相位、偏振、色散調控超表面結構，用以實現振幅、相位、偏振和色散的獨立調控；並提出了多種標量、矢量超振盪光學器件和寬頻、消色差超振盪光學器件的設計方法，開發了基於多執行緒、GPU計算加速的超振盪光學器件最佳化設計軟體，並成功地套用於系列超振盪光學器件的最佳化設計；針對大口徑超振盪光學器件製備，與國家納米科學中心等單位合作，開展了金屬-介質等複合超表面結構加工工藝的探索，基於金、鋁、氟化鎂、α-Si、高阻矽等材料，開發了大面積亞波長結構陣列加工、集成工藝，滿足了本項目器件製備的需求；在上述理論研究、設計方法研究和工藝開發的基礎上，針對可見光、紅外和太赫茲波段，研製了無衍射超振盪器件、反射型矢量光場超振盪器件、平場超分辨透鏡、寬頻矢量光場超振盪透鏡、寬頻消色差超表面透鏡、寬頻三維空心光場超分辨透鏡等超分辨/超振盪光學器件，其中大多數器件成功研製出樣品，並完成了實驗驗證；針對超分辨成像，我們搭建了基於超振盪透鏡的遠場非標記超分辨光學顯微成像實驗驗證系統，在實驗上實現了解析度為130nm的非標記遠場超分辨光學顯微成像。本項目研究較好地解決了超振盪光學器件點擴散函式壓縮和旁瓣抑制、無衍射-超振盪/超分辨光束的實驗產生、矢量偏振轉換和超振盪聚焦功能集成等問題；並對大數值孔徑透鏡消色差問題、斜入射光束的超分辨聚焦問題進行了初步的探索。這些為超分辨透鏡的發展和今後超分辨光學顯微技術的突破奠定了良好的基礎。