中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)微納光學(xué)與技術(shù)課題組(http://staff.ustc.edu.cn/~lmno/)在納米位移光學(xué)測(cè)量研究方面取得重要進(jìn)展。課題組魯擁華副教授和王沛教授利用光學(xué)天線與空間結(jié)構(gòu)光場(chǎng)相互作用實(shí)現(xiàn)了亞納米位移的測(cè)量,研究成果于2020年6月16日發(fā)表于國(guó)際知名物理學(xué)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》[Phys. Rev. Lett. 124, 243901]
光學(xué)方法進(jìn)行位移的精密測(cè)量具有精度高、非接觸等特點(diǎn),基于光場(chǎng)相干性進(jìn)行縱向位移測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)、激光測(cè)距、微小震動(dòng)測(cè)量等,在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)產(chǎn)生了重要而廣泛的影響。然而,對(duì)于垂直于光束方向的橫向位移,常規(guī)的激光干涉方法無(wú)法進(jìn)行有效的感知。
該課題組一直從事微納光子學(xué)、表面等離激元光學(xué)、光場(chǎng)調(diào)控研究。該工作設(shè)計(jì)了一種耦合光學(xué)天線,利用非均勻空間結(jié)構(gòu)光與光學(xué)天線的相互作用,實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬表面等離激元的非對(duì)稱激發(fā)。分析光學(xué)天線的近場(chǎng)耦合及其與金屬表面等離激元的相互作用規(guī)律,發(fā)現(xiàn):表面等離激元的非對(duì)稱分布與作用于光學(xué)天線上的激發(fā)光場(chǎng)分布具有強(qiáng)烈的依賴。據(jù)此,通過(guò)泄漏輻射成像方法測(cè)量表面等離激元的非對(duì)稱性實(shí)現(xiàn)了橫向位移的高精度測(cè)量。實(shí)驗(yàn)研究表明:橫向位移的測(cè)量靈敏度和精度可以達(dá)到亞納米量級(jí)(~0.3nm)。該工作提出的橫向納米位移測(cè)量方法有望在高分辨光學(xué)成像、半導(dǎo)體加工、精密對(duì)準(zhǔn)等方面得到應(yīng)用。
光學(xué)天線與光場(chǎng)相互作用的示意圖
光電子科學(xué)與技術(shù)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的博士生臧天陽(yáng)是論文的第一作者,魯擁華副教授和王沛教授為論文共同通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、安徽省科技重大專項(xiàng)和先進(jìn)激光技術(shù)安徽省實(shí)驗(yàn)室主任基金的支持。
論文鏈接:https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.124.243901
(光電子科學(xué)與技術(shù)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、物理學(xué)院、科研部)