0.36λ光束宽度纯纵向偏振超高斯光束的制作要点.pptx

Generating super-Gaussian light needle of 0.36 λ beam size and pure longitudinal polarization;16世纪第一台显微镜诞生; 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。;1.3 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-field Scanning Optical Microscope，NSOM）的概念。Synge设想在光学近场区逐点扫描探测倏逝波（Evanescent Wave）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（Scanning Electron Microscope，SEM）以及随后出现的扫描透射电子显微镜（Scanning Transmission Electron Microscope，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。; 2008年，新加坡数据存储研究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。;光学超振荡超分辨聚焦法;光瞳滤波超分辨聚焦法 原理：光瞳滤波通过改变光学系统光瞳平面内光场的振幅或相位，以实现在空间域对聚焦光场的三维分布进行有效调制，在频率域达到对频率通带范围内传递函数的高低频进行调制，由此深刻揭示三维聚焦光斑空间分布变化的原因。 发展历史： 1841年英国天文学家艾里分析了环形孔径的衍射聚焦特性。 1872年，瑞利指出利用极窄环可产生贝塞尔光束（Bessel Beam）。 1952年意大利物理学家G.T. di Francia提出的圆对称环带型光瞳滤波器，即Toraldo滤波器。 其由一系列同心圆环所组成的光瞳滤波器，在每一个环带内，对入射光场具有相同的振幅和相位调制，而不同的环带对光场具有不同的振幅透过率和相位延迟。;光瞳滤波超分辨聚焦法 应用：利用光瞳滤波可以实现多种调制效果，以有效改变显微物镜三维聚焦光斑的振幅和强度分布，对激光光束进行整形，例如压缩聚焦光斑主瓣以形成超分辨聚焦衍射光斑，用于超分辨成像等；形成横向平顶均匀强度分布，用于激光约束核聚变等；产生轴向无衍射超细光束。 1988年，C.J.R.Sheppard和Z.S.Hegedus给出了振幅型光瞳滤波器设计的级数展开近似理论，由此可以利用光瞳函数的结构参数来近似评价对应衍射强度点扩散函数的基本特性。 1997年，T.R.M.Sales和G.M.Morris将Sheppard和Hegedus给出了二元相位型光瞳滤波器评价模型的解析表达式，