[发明专利]一种利用螺旋径向偏振光束产生超手性光场的方法

说明书

本发明公开了一种利用螺旋径向偏振光束产生超手性光场的方法，通过获取螺旋径向偏振光束并进行聚焦形成超手性光场，所述螺旋径向偏振光束在光场中任意一点处的电场分量的振动方向沿着径向方向，且波前为螺旋形结构；所述超手性光场的手性增强因子大于1，且具有贝塞尔无衍射光束的特征和超分辨光学成像性；本发明产生的超手性光场对圆偏二色性信号增强明显、信号强度高；光场区域为位于中心区域的针形区域，其长轴方向平行于光束传播方向，利于二维扫描成像，其直径为亚波长量级，在识别分子手性的同时，具有超分辨光学成像性；令入射的圆偏振光束通过径向偏振片产生螺旋径向偏振光束，与传统圆偏二色性测量装置相兼容，利于推广应用。

技术领域

本发明是涉及一种产生超手性光场的方法，具体说，是涉及一种利用螺旋径向偏振光束产生超手性光场的方法，属于光学技术领域。

背景技术

光场是光线在空间传播中四维的概念，光场是空间中同时包含位置和方向信息的四维光辐射场的参数化表示，是空间中所有光线光辐射函数的总体。在空间内任意的角度、任意的位置都以获得整个空间环境的真实信息，用光场获得的图像信息更全面，品质更好。

手性分子是指分子本身与该分子镜像不能互相重合的一类分子，在生物化学领域，许多重要生物分子都具有手性，比如氨基酸、蛋白质和核酸等。分子组分相同但手性不同对应的左手分子和右手分子被称为对映异构体。在药品研发和生产过程中，由于左手分子和右手分子药效不同，甚至于药性相反，所以手性分子的识别和分离具有十分重要的应用价值。对于对映异构体来说，通常具有很多相同的化学性质和物理性质，普通手段难以进行分离。由于手性分子对左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的吸收不同，这种特性称为手性分子的圆偏二色特性，通过对手性分子进行圆偏二色测量可以实现对手性分子的手性进行识别，即判断该手性分子是左手分子还是右手分子。普通手性分子的圆偏二色信号很弱，通常在10^-3～10^-6量级。传统的圆偏二色测量是针对大量手性分子的测量来提高圆偏二色信号的强度，难以识别单个手性分子的手性。影响圆偏二色信号强度的因素除了手性分子本身的性质以外，激发光场的手性也同样重要。定义光场的手性增强因子为

光场的手性增强因子的定义中Z₀为真空阻抗，E和H是光场中的电场和磁场分量。当光场的手性增强因子γ1时，光场的手性大于圆偏振光光场手性，满足γ1条件的光场定义为超手性光场。采用具有手性增强因子为γ的超手性光场代替传统的圆偏振光进行圆偏二色测量，可将圆偏二色信号提高γ倍。利用超手性光场增强圆偏二色信号具有重要的应用价值。目前产生超手性光场的技术可以分为两类：第一类是利用光场调控技术产生超手性光场，如 Y.Tang等在《Physical Review Letters》Vol.104,2010,163901中报道了利用两束手性相反且传播方向相反的两束圆偏振光形成驻波场，在驻波场的波节处可以产生超手性光场，但是超手性光场区域的厚度仅为0.032倍的光波长，不利于将手性分子固定在超手性光场区域内。K.C.van Kruining等在《Optica》Vol.5,2018,1091-1098中报道了用若干束线偏振平面波叠加形成周期性空间分布的超手性光场区域，具有一定的可调节性，但是光场的手性因子提高有限。第二类产生超手性光场的技术是采用近场的纳米光学结构对光场进行调制，但是这种技术产生的超手性光场区域局域在纳米光学结构附近，空间位置无法有效调节。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种利用螺旋径向偏振光束产生超手性光场的方法，通过螺旋径向偏振光束的获取和螺旋径向偏振光束的聚焦产生高手性增强因子、高分辨率和空间位置可调的超手性光场，以解决无法将手性分子固定在超手性光场区域内的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：