飛秒矢量光場的超衍射極限微結構製備及特性研究

《飛秒矢量光場的超衍射極限微結構製備及特性研究》是依託南開大學，由塗成厚擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：飛秒矢量光場的超衍射極限微結構製備及特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：塗成厚
• 依託單位：南開大學

中文摘要

矢量光場新穎的偏振特性在緊聚焦條件下能導致遠場超衍射極限聚焦光斑，從而在超衍射極限微納加工領域有著巨大的套用潛力。眾所周知，光與人工微結構材料相互作用導致的新奇光學性能可實現光的有效調控。因此具有亞波長特徵的微納結構的成功製備，將對光場調控研究提供一條重要途徑。本項目圍繞飛秒矢量光場微納加工及製作的微納結構與光場相互作用展開，研究其中的新效應、新現象並探索其物理機理。充分利用矢量光場的超衍射極限聚焦特性進行微納加工，通過調控飛秒矢量光場的空間偏振分布實現微納結構的圖案可控；基於製作的微納結構，開展矢量光場與其相互作用的理論和實驗研究，建立亞波長尺度下矢量光場與微納結構相互作用的理論描述，闡明其中與非傍軸近似相關的電磁學特性，研究軌道角動量、自旋角動量及縱向場等新穎特性，探索矢量光場與微結構相互作用中的新物理機制；開拓飛秒矢量光場在微納加工及光場調控中的新套用,具有重要的研究意義和套用價值。

結題摘要

矢量光場新穎的偏振特性在緊聚焦條件下能導致遠場超衍射極限聚焦光斑，從而在超衍射極限微納加工領域有著巨大的套用潛力。本項目圍繞飛秒矢量光場微納加工及製作的微納結構與光場相互作用展開，研究其中的新效應、新現象並探索其物理機理。在執行過程中，主要研究了空間結構光場的基本物理和時空演化特性，利用基本的衍射理論對矢量光場在干涉、衍射和聚焦等物理過程中的基本規律進行了深入的研究，探索了矢量光場在聚焦場（頻率域）的破缺對強度和角動量等性質的影響，發展了基於龐家萊球的矢量光場理論描述方法；基於4f系統探索了各種新型矢量光場的生成和調控方法，獲得了飛秒和連續雷射的矢量光場及非柱對稱的橢圓對稱、空間均勻橢圓偏振矢量光場，並研究了其焦場特性；基於飛秒矢量光場探索了其飛秒成絲特性，發現基於偏振調控的雜化矢量光場可以實現穩定的可控成絲。基於陣列矢量光場，建立了其緊聚焦的理論模型並研究了焦場三維調控特徵；基於矢量光場陣列設計並實現了不同的動態焦斑軌跡，基於它實現了對不同形狀的複雜微納結構的製作，加工的線寬超越衍射極限限制而達到半波長量級；最後基於矢量光場開展了信息的存儲與讀取研究。總之，通過該項目的實施，我們進一步完善空間結構光場的理論描述和實驗系統，設計和生成了多種新型的空間結構光場；對飛秒矢量光場陣列的生成調控及緊聚焦進行了深入研究，提出了時變動態矢量光場微納加工的思路，建立了基於飛秒矢量光場陣列的微納加工實驗平台，解決了一系列關鍵科學和技術問題，發表高水平論文14篇，培養研究生6名，申請專利3項，其中獲批1項，參加學術會議8人次，其中特邀報告2次，2人次獲最佳張貼報告。這些研究成果一方面為課題組下一步的研究奠定了良好的基礎，另一方面也有力的推進了矢量光場的理論、飛秒矢量光場的套用及光場調控研究的進展，有力促進了相關套用基礎研究的快速發展。