光束宽度纯纵向偏振超高斯光束的制作ppt课件.pptx

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1、Generatingsuper-Gaussianlightneedleof0.36λbeamsizeandpurelongitudinalpolarization1.超分辨研究背景2.超高斯光针产生3.ComparisonandDiscussion16世纪第一台显微镜诞生1873年，德国物理学家阿贝，揭示了显微成像的客观物理限制，存在衍射分辨率极限。1896年，英国物理学家瑞利进一步给出了物体两点分辨率的瑞利判据。艾里斑半径dr=0.61λ0/NA显微成像系统的空间分辨率都与照明波长λ0成正比，与光学系统自身数值孔径N

2、A成反比1.1显微镜发展历史第一台显微镜ErnstKarlAbbeLordRayleigh1.超分辨研究背景衍射分辨率极限的存在是客观物理规律，这一基本规律根本上限制了可获得的超分辨聚焦光斑以及超细光束。短波长的使用，例如极紫外波长、软X射线和电子束等，由于缺少适用于这些特殊电磁波段的聚焦和成像介质材料，因此在光学电磁波段进行超越阿贝衍射分辨率极限的研究仍是理论和应用研究的基本方法。数值孔径的客观限制，例如油浸介质条件下目前商用显微物镜的数值孔径最高为1.4，而即使使用具有更高折射率的固体介质，实际可获得的数值孔径依然

3、受限。1.2存在问题dr=0.61λ0/NA1.3超分辨技术发展历史1928年，爱尔兰科学家E.H.Synge最早提出了近场扫描光学显微镜（Near-fieldScanningOpticalMicroscope，NSOM）的概念。Synge设想在光学近场区逐点扫描探测倏逝波（EvanescentWave）来获得超越衍射极限光学成像。20世纪30年代中期发明的扫描电子显微镜（ScanningElectronMicroscope，SEM）以及随后出现的扫描透射电子显微镜（ScanningTransmissionElectr

4、onMicroscope，STEM）通过聚焦电子束进行逐点扫描成像。1951年，英国伦敦大学学院J.Z.Young和F.Roberts阐述了飞点显微镜扫描光学成像技术。20世纪50年代中后期，美国哈佛大学初级研究员M.Minsky在探索脑神经细胞成像的研究中，结合普通远场光学成像和扫描技术，提出了共焦扫描光学显微镜。共焦显微镜具有独特的轴向光学层析能力和高成像分辨率特性。1.4超分辨聚焦研究现状探索研究超分辨或亚波长聚焦的理论和技术，以获得更加锐利的衍射聚焦光斑以及产生亚波长超细衍射光束，在超分辨（扫描）光学成像、高密

5、度光学数据存储、激光直写、微光刻加工、粒子操纵、近场光学等领域具有重要的科学研究和应用价值。从20世纪50年代起，对超分辨聚焦问题的研究主要包括以下几种方法：光瞳滤波法偏振光学极大数值孔径系统聚焦法光学超振荡超分辨聚焦法表面等离子体亚波长聚焦法负折射率超透镜聚焦法偏振光学极大数值孔径系统聚焦法理论：当聚焦折射、反射光学系统的数值孔径增至很大时，入射光场的偏振状态可能对聚焦光场的分布及偏振态产生显著影响，B.Richards和E.Wolf利用矢量德拜——沃尔夫衍射积分对入射线偏振光的衍射聚焦光场分布进行了理论计算，大数值

6、孔径物镜系统对线偏振光聚焦其强度场横向光斑分布一般呈椭圆形（非圆对称形），且沿与入射光场偏振方向垂直的方向聚焦光斑主瓣得到显著压缩，窄于与入射光场偏振方向平行方向的光斑尺寸；当采用特殊的非均匀偏振矢量光波照明时，例如各点偏振方向沿该点的径向（径向偏振光）时，在大数值孔径系统条件下，发现聚焦光斑主瓣比线偏振光情形显著锐化。2003年，德国R.Dorn等在数值孔径0.9的物镜系统条件下给出了实验验证，实验装置及沿轴子午平面内的电能密度（光强）分布实验结果如图所示。偏振光学极大数值孔径系统聚焦法2008年，新加坡数据存储研究

7、院王海凤等提出利用简单的二元相位Toraldo滤波器对入射径向偏振光进行调制，在数值孔径0.95物镜系统空气介质中实现高纵向偏振态的亚波长光针场分布，光针特征参数（FWHM）是横向0.43λ0和轴向大于4λ0。如图所示是聚焦原理示意图及聚焦光场强度、偏振态等的分布。偏振光学极大数值孔径系统聚焦法光学超振荡超分辨聚焦法超振荡是指一个频域带限函数或信号其局域振荡频率比整个函数的截止频率快的一种特殊现象，利用光学超振荡可以实现超分辨聚焦，本质是在远场光学范畴内，不依赖近场倏逝波的贡献，利用远场传输场的相干叠加产生超分辨聚焦。

8、2012年，南安普敦大学E.T.F.Rogers等直接利用简单的二元振幅多环带型微结构衍射元件，称为超振荡透镜（SOL）。在距离金属掩膜板后表面10.3μm垂轴平面内利用宽场探测得到0.29λ0（FWHM）的亚波长聚焦光斑。d）至f）分别是双狭缝的SEM成像、超振荡共焦扫描成像和普通宽场成像的实验结果比较。光瞳滤波超分辨聚焦法原理