超分辨太赫茲近場光學顯微術

《超分辨太赫茲近場光學顯微術》是依託華中科技大學，由葉梅擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：超分辨太赫茲近場光學顯微術
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：葉梅
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

提出突破衍射限的超分辨太赫茲波近場編碼光譜成像術，用介質表面的有隱周期結構的金屬膜或者獨立的金屬箔代替探針系統，免去了探針到目標間距的控制，還可以空出上部空間供其他探測裝置聯用。適用於生物、醫學、材料半導體等多個領域。解析度一般為碼板上兩相鄰碼元間距，被現代微納製造水平決定，共享微納製造成果給再提高解析度以可能。本項目著重研究以做在金屬膜上的亞波長小孔陣列為基礎的，利用膜上表面等離激元增強透光能力的阿達瑪變換光學成像與光譜的編碼板的設計、製造、試驗及套用問題。關鍵是：金屬膜/小孔結構/隱周期小孔陣列的研究，三者緊密關聯且本質地將近場理論、表面等離激元、阿達瑪變換光學結合，核心是小孔結構及小孔構成的隱周期陣列。理論與實驗進展表明，合適的異型小孔陣列能更好地利用表面等離激元亞波長光學的優點，具有一或者更大的透光效率，能更大促成太赫茲波段超分辨顯微鏡的實現。

結題摘要

近幾年，太赫茲科技在國內外都處於快速發展中，主要表現在太赫茲波段的表面等離激元效應及其利用、超材料研究等等，本項目正是在這種背景下提出的。期望通過利用表面等離激元效應增強太赫茲波段的亞波長小孔陣列的透射能力結合阿達瑪變換光學原理實現近場超分辨成像解決多通道高通量的太赫茲超分辨成像方法。主要研究內容是研究適合於太赫茲波段的編碼碼元及其編碼板的構成、性能和用於成像的方法。主要指標是50微米的解析度。重要結果是：平行細縫構成的方形金、矽、空氣三明治結構的碼元具有較好的太赫茲透過性能，其峰值透過處於1太赫茲附近。關鍵結構數據為，高阻矽為襯底、厚度為270微米左右；金膜層150納米，細小狹縫5條等分方形結構；方形邊長12~15微米左右；使編碼板的編碼碼元構成循環S矩陣（碼元為循環S矩陣的1），以1023階循環S矩陣為比較好的編碼結構。解碼方法有阿達瑪變換成像解碼方法和我們研究找到的壓縮感知重構解碼方法，理論模擬研究表明後者具有更好的信噪比改善。比較傳統的阿達瑪變換光學成像解碼方法在峰值信噪比上，壓縮感知方法要高7倍。實驗研究表明，取我們研製的1023階超分辨太赫茲成像用的編碼板的任意一個編碼矩陣，在太赫茲波譜儀上測量得到了很好的透射譜。其主透過峰為1.15T, 峰寬達到0.26T此時的透過效率均在百分之十以上。基於循環S矩陣的本徵特性，任意一個編碼矩陣的通孔數量都相同，因此，這個實驗結果已經證明該編碼板具有超衍射限的太赫茲近場成像能力，其解析度完全能夠達到50微米的指標。這種太赫茲超分辨成像方法特別是太赫茲超分辨成像光譜方法在生物醫學和材料科學及柔性電子器件的研究中具有很好的套用前景。