径向偏振光二值相位型宽带远场超分辨聚焦器件设计

为克服传统透镜体积大、难以集成化的不足,针对入射波长λ=2500μm的径向偏振光,基于光学超振荡原理设计了透镜半径为20λ、聚焦焦距为5λ、数值孔径NA=0.97的二值相位型宽带太赫兹远场超分辨聚焦器件。仿真结果表明:该远场太赫兹聚焦透镜在λ=2500μm时,在焦平面形成有效聚焦焦点,该焦点半高全宽为0.445λ(1112.5μm),小于阿贝衍射极限(0.5λ/NA=0.518λ),旁瓣比为15.9%,实现了远场超分辨聚焦;设计的透镜在2100~2900μm波长范围内可形成亚波长聚焦焦点,且在2300~2900μm波长范围内能够实现远场超分辨聚焦。相较于传统光学超分辨技术存在的工作距离短、集成困难、带宽较小等问题,该平面透镜设计灵活,具有物理尺寸小、工作距离适中、带宽范围大等优点,可广泛用于集成化的光学系统中。

基于空间光调制器的远场超分辨光场构建

针对传统聚焦器件受到衍射极限的限制问题,提出了一种基于空间光调制器的远场超分辨聚焦光场构建方法,采用光学超振荡原理,结合二进制粒子群算法和角谱衍射理论,针对波长λ=632.8 nm的圆偏振光,通过在空间光调制器液晶屏上加载超振荡相位掩模的方式,得到了焦距f=300000λ(18984μm)、半径R=4000λ(2531.2μm)的远场超分辨聚焦器件,并利用物镜结合互补金属氧化物半导体(CMOS)相机的测量方案对其进行特征参数表征。实验结果表明:该器件通过对入射光场的相位调控,生成了纵向半峰全宽为6.029 mm的针状聚焦光场;聚焦焦斑目标焦距位置处的横向半峰全宽为22.384μm,小于衍射极限23.732μm,实现了远场超分辨聚焦。该器件具有结构尺寸小、无需复杂加工等特点,在光学显微、光学遥感等领域中具有应用潜力。