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李俊韬副教授、梁浩文副研究员、周建英教授等突破超构光学透镜数值孔径记录

文章录入:王婧 文章编辑:王婧 点击数:20 更新时间:2018-07-17

光学透镜是光学与光电子学中的基本光学器件之一。光学透镜已广泛应用于芯片制造,超分辨科学、以及众多高科技产品,其设计与制造水平一定程度上代表了光科学与技术的发展水平。

数值孔径是光学透镜最重要的基本参量,衡量着光学系统的收集光子能力。对于显微物镜,数值孔径越大,成像光斑越小,成像细节越清晰。常规油浸物镜由于采用了特殊的高折射率匹配液,在高分辨率成像中更被广泛应用。一直以来,各国科学家为增加透镜的数值孔径争相努力,不断取得新的重要进展。另一方面,超构表面结构是一种具有横向亚波长尺度的微纳光学结构,可以在不到一个光学波长的薄膜结构层上实现全相位的精确控制,从而实现对光波、电磁波相位、偏振方式、传播模式等特性的灵活有效调控。基于该结构的平面超构光学透镜有望在百纳米厚度的微纳结构上实现超大数值孔径显微物镜,从而有望克服传统光学玻璃物镜加工难度大、显微物镜多透镜系统体积大等缺点。

中山大学光电材料与技术国家重点实验室及物理学院李俊韬副教授、梁浩文副研究员、周建英教授等人以混合自适应人工智能优化程序设计出亚波长单晶硅超构表面结构,实现了相位的精确控制并减小了单晶硅结构在可见光的吸收。进一步,使用该结构演示了松柏油浸没下数值孔径为1.48的高透过率超构光学透镜。该项目相关研究成果以”Ultrahigh Numerical Aperture Metalens at Visible Wavelengths” 为题发表在Nano Letters, 18 (7), 4460-4466, 2018。刊物审稿人一致认定,该光学透镜的数值孔径为超构光学透镜中现有报道的最高记录。该研究工作第一作者为梁浩文特聘副研究员,通讯作者为李俊韬副教授。

下一步,周建英教授团队拟将超构光学透镜应用于共聚焦激光扫描成像系统,从而研制出可集成、非侵入、无需荧光标定的超越衍射极限的超分辨光学系统。

本项目得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、光电材料与技术国家重点实验室、广州市集成光子系统与应用重点实验室、广东省自然科学基金、中山大学基本科研业务费及国家超级计算广州中心等支持。

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1 高数值孔径超构透镜示例图及高纵深比微纳光学结构

 

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2 (a)共聚焦激光扫描样品及(b)其细节,(c)不同聚焦斑半高宽对应成像效果模拟,(d)共聚焦激光扫描实验下成像效果,实验与模拟结果符合较好。

 

 

原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.8b01570

 

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