[发明专利]一种将倏逝波转化为行波的方法

说明书

本发明提供一种将倏逝波转化为行波的方法，利用偏振独立型纳米砖阵列构成的超表面光栅实现，通过对纳米砖长度和宽度尺寸参数的调整，设计相位梯度并构造超表面光栅，可以对分别沿纳米砖长轴和短轴方向偏振入射的光波实现不同的横向波矢改变量，进而将倏逝波转化为行波传递至远场，实现超分辨成像。这种纳米砖阵列构成的超表面具有高度集成、透射率高、加工工艺相对简单等突出优势，可应用于生物医学显微成像、光学光刻、超高密度光存储等领域。

技术领域

本发明属于光学成像领域，具体涉及一种利用偏振独立型纳米砖阵列构成的超表面材料将倏逝波转化为行波的方法。

背景技术

依据傅里叶光学成像理论，来自物体的光波可以被分解为具有不同空间频率的单色平面波，其中横向空间频率代表了物体的细节信息，横向空间频率越大，其相应的横向波矢也就越大。这样根据横向波矢的大小把光波分为可以传播到成像面的行波以及传播距离为波长量级的倏逝波。传统的光学成像系统因为在成像面只收集了行波而受到衍射极限的限制，无法获得物体更小的细节，而在现代科技许多领域，如生物医学显微成像、光学光刻、超高密度光存储等，希望获得超出衍射极限的物体成像，这就要求在成像面不仅要收集行波，同时也要收集倏逝波。目前在近场实现超分辨成像已有相关报道，也有通过逐点扫描的方式实现倏逝波转化为行波的超分辨成像技术(光子隧道显微镜)，但是如何实现远场并行超分辨成像仍然是一个难题，其主要难点在于如何在远场收集到倏逝波所携带的物体高频细节信息。因此，有必要设计一种能简单讲倏逝波转化为行波的方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：

一种将倏逝波转化为行波的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、根据入射光波的口径确定纳米砖阵列的大小x*x，根据所需观察的图像高频细节设定不同偏振方向入射光波的波矢改变量Δk，由此写出不同偏振方向的相位分布矩阵；

步骤2、由不同偏振方向入射光波的波矢改变量Δk，计算确定纳米砖阵列的单元结构周期；

步骤3、在电磁仿真软件COMSOL中进行模型的构建，分别对纳米砖单元结构进行一维和二维尺寸优化扫描，设置的尺寸扫描范围不超过步骤2中所得到的纳米砖单元结构周期；

步骤3.1、进行一维尺寸扫描时，将纳米砖的长度和宽度均用同一参数表示，根据仿真得到的相位分布与透过率曲线，确定纳米砖的最优高度；

步骤3.2、进行二维尺寸扫描时，将纳米砖的长度和宽度用两个不同的参数表示，扫描范围与一维扫描保持相同，将得到的相位分布以及透过率数据导入到matlab程序中，选取出与相位分布矩阵中的相位调制值最接近的纳米砖，以此构成实现倏逝波转化为行波的超表面材料。

所述步骤2中因一个周期内纳米砖阵列相位变化为2π，故将波矢改变量Δk与纳米砖阵列周期Λ的关系表示为：

Δk×Λ＝2π (1)

根据纳米砖阵列的排布方式，进而可以得到单元结构周期cellsize为：

cellsize＝Λ/x (2)

所述步骤3.1中进行一维扫描时，以得到的透过率曲线在扫描范围内保持较高水平且相对均匀，同时相位分布曲线在0到2π范围内变化为标准确定纳米砖最优高度。

所述纳米砖阵列基底材料为透明光学玻璃材质，纳米砖材料为高折射率材料。

所述纳米砖阵列基底材料为二氧化硅，纳米砖材料为硅。