基於相位突變的超薄平板透鏡遠場亞波長成像研究

《基於相位突變的超薄平板透鏡遠場亞波長成像研究》是依託西南大學，由韓天成擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於相位突變的超薄平板透鏡遠場亞波長成像研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：韓天成
• 依託單位：西南大學

項目摘要

亞波長成像技術在微納光學領域日益受到重視，然而目前已有的成像方案多局限在近場，即使在遠場也存在嚴重的局限性。此外，透鏡的小型化和平面化在亞波長成像研究中並沒有給予關注，而這卻是成像系統集成度不斷提高的迫切要求。針對這些問題，本項目旨在利用相位突變表面結構（介質、金屬單元陣列），實現具有遠場亞波長成像功能的超薄平板透鏡（厚度遠小于波長）。探明相位突變表面結構影響光傳播的一般規律，建立起統一的理論描述框架，並闡明其物理本質。在此基礎上，基於變換光學提出新型遠場亞波長透鏡，研究該透鏡對透射光的相位調製特性，選擇最優的相位突變表面來實現該相位分布，並以納米加工和光學實驗製備此種先進透鏡來實現遠場超分辨成像。利用理論分析、高精度數值模擬、實驗驗證相結合的方法，以期找到一種普適的方案，實現高效率、寬頻帶、低損耗的超薄平板透鏡的遠場亞波長成像。本項目的實施，對於高端納米光學成像的進一步發展具有重要意義。

結題摘要

在項目資助下，我們對超構材料進行了深入研究，在超分辨成像及熱超構材料等方面取得了一系列重要研究結果。在該項目資助下，共發表SCI論文10篇，其中一區論文5篇，包括1篇Phys. Rev. Lett.和3篇Adv. Mater.。該項目所取得研究成果簡單概括如下。傳統的雙曲透鏡是基於金屬-介質-金屬多層結構來實現，由於金屬的損耗較大，使得成像效果並不理想。針對這一問題，我們提出了全介質型雙曲透鏡，該透鏡所需要的漸變折射率分布可以通過簡單的介質打孔結構來實現，解決了傳統雙曲透鏡中存在嚴重損耗的問題。實驗結果表明該透鏡的解析度可達到三分之一波長，且具有低損耗、超寬頻的優異特性。針對傳統圓形雙曲透鏡的不足（內外表面都是曲面），提出了具有遠場超分辨功能的平板透鏡（內外表面都是平面），更有利於光學集成，對於光學成像系統的小型化有重要意義。提出對聚焦光斑進行控制的新方法，基於二元光學元件的精確設計，入射光會形成二次聚焦，並在兩個焦斑之間形成巨大的空場，實驗結果與理論預期吻合的非常好。同時，我們提出了僅由兩層常規材料構成的熱隱身斗篷和幻覺器件，並進行了實驗研究，測試結果表明該簡單模型在穩態和瞬態都有出色的表現，通過消除或改變目標的熱散射特徵，可以達到隱形或偽裝的目的。