从超振荡透镜到超临界透镜:超越衍射极限的光场调制

以超振荡透镜和超临界透镜为典型代表的平面超透镜是一种利用光场调控方式实现远场超衍射极限聚焦和成像的光学元件。通过精密调控各衍射结构单元之间的干涉效应,可以在焦平面上局部区域内获得高于系统最高空间频率的电场振荡,从而实现对衍射焦斑横向和轴向尺寸的可控调节。与传统的光学透镜相比,平面超透镜具有聚焦能力强,结构紧凑,设计自由度大,利于集成等优点。因其远场超衍射极限的光场调控能力,受到衍射光学和纳米光子学领域人员的广泛关注和研究。本文介绍了平面超衍射极限透镜光场调控的原理和设计方法。对超振荡透镜和超临界透镜的研究现状及其在远场光学超分辨成像领域的应用进行了分析和讨论,最后对该领域面临的问题及其拓展方向作了展望。

实用化平面超振荡透镜的研究进展

传统光学系统由于受到衍射极限的制约,难以实现远场超分辨聚焦与成像。基于超振荡原理的平面超透镜为这一难题提供了可能的解决途径,其在传播过程中可不依赖倏逝波而实现远场超分辨聚焦。利用对各个衍射单元之间的衍射干涉效应进行精确调控,可在焦平面上局部区域内获得高于系统最高空间频率的电场振荡,从而实现对衍射焦点区域横向和轴向尺寸的可控调节。与传统光学透镜相比,平面超振荡透镜具有光场可控性强、设计自由度大、便于集成等优点,同时借助其远场超衍射极限的光场调控能力,受到衍射光学和微纳光学等领域研究人员的广泛关注。本文主要从实际应用的角度出发,对平面超振荡透镜的研究现状及其应用场景进行了分析和讨论,最后对该类透镜目前面临的问题及对应的解决办法进行了阐述。

制造误差对大尺度超振荡平面透镜聚焦性能的影响

针对大尺度超振荡平面透镜(SOL)的实际应用,基于严格的矢量角谱理论定量研究了多种典型制造误差对大尺度SOL聚焦性能的影响规律。理论计算结果表明:横向环带制造误差对振幅型SOL(金属膜)和相位型SOL(介质层)聚焦性能的影响规律基本一致,环带中心位置偏差主要影响SOL的聚焦焦距,环带宽度偏差主要影响SOL的聚焦光斑分布;±150 nm范围内的位置偏差和宽度偏差是大尺度SOL各环带的最大制造允许公差;对于相位型SOL,纵向刻蚀深度偏差主要影响聚焦光斑的强度,π相位差对应的聚焦光斑强度最大;为使相位型SOL聚焦光斑保持较高强度,应使介质层刻蚀深度对应的相位调制量保持在(0.8~1.2)π的范围内。