近場(chǎng)光學(xué)的案例
自然材料中的平面內(nèi)各向異性極化激元
使用散射型近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡進(jìn)行極化激元測(cè)試的示意圖。b.兩種不同激發(fā)波長(zhǎng)下得到的近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡幅度圖像。
圖3：α相三氧化鉬圓盤中橢圓型（左上）和雙曲型（右上）兩種聲子極化激元的近場(chǎng)光學(xué)幅度圖像和絕對(duì)值的傅立葉變換結(jié)果（下面兩組子圖）。
在此次發(fā)表的論文中，在實(shí)空間中系統(tǒng)研究了天然層狀材料α相三氧化鉬中橢圓型和雙曲型兩種新型聲子極化激元的各向異性傳輸特性（如圖3）。α相三氧化鉬的晶格結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的面內(nèi)各向異性，其[001]晶向和[100]晶向的原子層間距的差異高達(dá)7.2%。紅外光譜學(xué)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，α相三氧化鉬在800-1000波數(shù)范圍內(nèi)存在兩個(gè)剩余射線帶，聲子極化激元的傳播行為在兩個(gè)剩余射線帶內(nèi)表現(xiàn)出迥然不同的性質(zhì)。在低剩余射線帶內(nèi)，α相三氧化鉬可以在中紅外光激發(fā)下產(chǎn)生雙曲型聲子極化激元，也就是說(shuō)聲子極化激元僅沿著一個(gè)方向傳播(即[001]方向)，而在另一個(gè)晶向（[100]方向）的傳播完全被抑制。在高剩余射線帶內(nèi)，α相三氧化鉬可以在中紅外光激發(fā)下產(chǎn)生橢圓型聲子極化激元，即聲子極化激元在[001]晶向和[100]晶向具有不同的波長(zhǎng)。特別引人注意的是，這種新型的各向異性聲子極化激元具有非常低的傳輸損耗，室溫測(cè)量其傳播壽命高達(dá)8 ±1 ps （在某些樣品中測(cè)試得到的最長(zhǎng)壽命甚至超過(guò)20 ps），是低溫測(cè)試的石墨烯各向同性等離子極化激元最長(zhǎng)壽命的10倍，是室溫測(cè)試的六方氮化硼各向同性聲子極化激元最長(zhǎng)壽命的4倍以上。
該工作的重要意義在于首次成功地實(shí)驗(yàn)揭示了在天然材料的平面內(nèi)各項(xiàng)異性傳播的極化激元，并且建立了兩種各向異性極化激元的理論模型。這種各向異性極化激元為不斷增長(zhǎng)的范德華爾斯層狀材料極化激元大家庭增加了獨(dú)特的一員。
展開(kāi) VirtualLab Fusion對(duì)SNOM光纖探針內(nèi)部光場(chǎng)分布的仿真
上海２０００９２；３.比薩大學(xué) 物理系，比薩 意大利５６１２７）
摘要：為了深入研究掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡（Scanning near-field optical microscope，SNOM）光纖探針導(dǎo) 光特性，我們利用VirtualLab Fusion光學(xué)軟件，仿真研究了光纖探針內(nèi)部的光場(chǎng)分布。結(jié)果顯示，光纖探針內(nèi)部 的光場(chǎng)分布呈固定的花樣；中軸線光場(chǎng)具有峰值結(jié)構(gòu)，其最大值位于探針出口前120nm處；這個(gè)最大峰值隨著光纖外層鋁層厚度的增加呈現(xiàn)先減小后增加，最后趨于穩(wěn)定的變化，隨著光源偏振態(tài)的變化呈現(xiàn)正弦的分布。
關(guān)鍵詞：掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡；光纖探針；VirtualLab Fusion軟件；偏振態(tài)
展開(kāi) VirtualLab Fusion對(duì)SNOM光纖探針外部光場(chǎng)分布的仿真
張寶武1,3，饒鵬輝2，霍劍鋒1，余桂英1
( 1.中國(guó)計(jì)量大學(xué)計(jì)量測(cè)試工程學(xué)院，杭州310018，2.訊技光電科技(上海)有限公司，上海200092；3.比薩大學(xué) 物理系，比薩56127)
摘要：為了研究掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡(SNOM) 光纖探針的光學(xué)特性，采用基于場(chǎng)追跡方法的光學(xué)軟件VirtualLab Fusion 進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，取得了SNOM光學(xué)探針尖端外部光場(chǎng)的分布情況。結(jié)果表明，沿z軸方向，不同截面上的光場(chǎng)分布都會(huì)呈現(xiàn)小孔衍射的圖案，其中心斑點(diǎn)中心強(qiáng)度隨著z值的變大而呈近似指數(shù)函數(shù)衰減，到z=100nm位置處幾乎衰減為0;中心斑點(diǎn)輪廓線的半峰全寬隨著z值的變大而呈現(xiàn)先不變后增大的趨勢(shì)，其拐點(diǎn)處于z=20nm位置處，此時(shí)對(duì)應(yīng)的中心強(qiáng)度值為7.2V/m2，這個(gè)強(qiáng)度值按指數(shù)函數(shù)計(jì)算正好處于z=0nm位置處強(qiáng)度的e-2。結(jié)果清晰顯示了SNOM光學(xué)探針的光學(xué)特性，證實(shí)SNOM探針工作時(shí)需要與樣品表面保持在10nm左右的必要性。
關(guān)鍵詞： 成像系統(tǒng); 掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡; 場(chǎng)追跡; VirutalLab Fusion; 光纖探針
展開(kāi) JCMsuite應(yīng)用：散射體的光學(xué)手性響應(yīng)
在JCMsuite中，利用光學(xué)手性的形式和內(nèi)置的手性參量可以計(jì)算光散射體的手性響應(yīng)。結(jié)果表明，時(shí)間諧波光學(xué)手性密度服從局部連續(xù)性方程[1]。這使得手性行為的分析類似于研究電磁能量的標(biāo)準(zhǔn)消光實(shí)驗(yàn)。
在電磁能量的情況下，消光由散射和損失[2]組成。對(duì)應(yīng)的手性參量是光學(xué)手性的消光散射，以及體積和界面上的手性轉(zhuǎn)換。這就得到了守恒定律
積分是在散射體的外表面?Ω和體積Θ以及表面?Θ上進(jìn)行的。
這些參量在JCMsuite中命名，如下表所示。更多細(xì)節(jié)可以在這里找到。
作為案例展示，我們計(jì)算散射體的手性響應(yīng)如下圖所示：
它的直徑是一個(gè)波長(zhǎng)的量級(jí)，它的介電常數(shù)固定為ε=4.5。在下面，我們將改變散射體的磁導(dǎo)率μ，并觀察預(yù)測(cè)的對(duì)偶對(duì)稱性[3]對(duì)于恒定比率ε/μ的散射體及其環(huán)境。周圍的材料是ε=μ=1的空氣。
由于散射體是無(wú)損的和各向同性的，在它的體積內(nèi)將沒(méi)有轉(zhuǎn)換。請(qǐng)參考四分之一波片的案例，以獲得更多關(guān)于體積轉(zhuǎn)換的信息。
在這里，所需的參量被計(jì)算為如上所述的電磁手性通量的通量積分。如下圖所示，對(duì)于接近對(duì)偶對(duì)稱的材料，轉(zhuǎn)換趨向于零。
在固定介電常數(shù)ε=4.5下，散射體的磁導(dǎo)率μ的變化。
該散射體是對(duì)偶的ε/μ=1，產(chǎn)生零手性轉(zhuǎn)換。
在JCMsuite中，所有手性密度都是相似的。例如，我們?cè)谙旅娴膱D中展示了增強(qiáng)的近場(chǎng)光學(xué)手性密度的電子部分。這是一個(gè)后處理過(guò)程，即ExportFields：輸出參量電手性密度。
具有ε/μ=1的雙散射體的光手性密度X的近場(chǎng)增強(qiáng)
展開(kāi) 
美科學(xué)家成功制備出由單一同位素組成的六方氮化硼
據(jù)美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室2018年1月4日?qǐng)?bào)道，美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室NRL（Naval Research Laboratory）一個(gè)由物理學(xué)家組成的科研團(tuán)隊(duì)已經(jīng)找到改善六方氮化硼器件光學(xué)損耗特性和傳輸效率的手段，使得制備小型激光器和納米光學(xué)器件成為可能。
六方氮化硼（h-BN）由硼和氮原子組成的原子級(jí)薄晶格組成。最新研究證明，該材料是一種可用于紅外納米光子學(xué)的光學(xué)材料，被認(rèn)為是二維材料的理想襯底材料。自然界中存在的硼由原子質(zhì)量相差達(dá)10%的B-10和B-11兩種同位素組成。這兩種同位素的原子質(zhì)量差異使得由聲子散射造成的光學(xué)性能大量損失，進(jìn)而限制了該材料的潛在應(yīng)用。
為此，科研人員制備了一種同位素純度超99%的六方氮化硼樣品，該樣品幾乎完全由B-10或B-11組成。“我們已經(jīng)證明，可以通過(guò)在極性半導(dǎo)體和介電材料中精心設(shè)計(jì)同位素來(lái)克服納米光子學(xué)固有的效率限制。”該樣品能夠顯著降低六方氮化硼的光學(xué)損耗，與天然六方氮化硼相比，光頻振動(dòng)模式的傳動(dòng)距離和持久性都高出多達(dá)3倍。這種振動(dòng)模式不僅使得六方氮化硼樣品具有近場(chǎng)光學(xué)和化學(xué)傳感特性，還為開(kāi)發(fā)和制備具有相似性質(zhì)的其它材料提供了一種可借鑒方法。
研究人員還包括來(lái)自于加州大學(xué)圣迭戈分校（University ofCalifornia San Diego）、堪薩斯州立大學(xué)（Kansas StateUniversity）、橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Oak Ridge National Laboratory)、哥倫比亞大學(xué)（ColumbiaUniversity）和范德堡大學(xué)（Vanderbilt University）的科學(xué)家。
來(lái)源：新材料技術(shù)前沿
傳播最新最全的材料科學(xué)技術(shù)，包括金屬材料成形、熱加工、陶瓷冶金，機(jī)械加工、粉末冶金、表面處理技術(shù)、熱處理、3D打印技術(shù)等相關(guān)材料科學(xué)技術(shù)。
展開(kāi) JCMsuite應(yīng)用：散射體的光學(xué)手性響應(yīng)
在JCMsuite中，利用光學(xué)手性的形式和內(nèi)置的手性參量可以計(jì)算光散射體的手性響應(yīng)。結(jié)果表明，時(shí)間諧波光學(xué)手性密度服從局部連續(xù)性方程[1]。這使得手性行為的分析類似于研究電磁能量的標(biāo)準(zhǔn)消光實(shí)驗(yàn)。
在電磁能量的情況下，消光由散射和損失[2]組成。對(duì)應(yīng)的手性參量是光學(xué)手性的消光散射，以及體積和界面上的手性轉(zhuǎn)換。這就得到了守恒定律
積分是在散射體的外表面?Ω和體積Θ以及表面?Θ上進(jìn)行的。
這些參量在JCMsuite中命名，如下表所示。更多細(xì)節(jié)可以在這里找到。
作為案例展示，我們計(jì)算散射體的手性響應(yīng)如下圖所示：
它的直徑是一個(gè)波長(zhǎng)的量級(jí)，它的介電常數(shù)固定為ε=4.5。在下面，我們將改變散射體的磁導(dǎo)率μ，并觀察預(yù)測(cè)的對(duì)偶對(duì)稱性[3]對(duì)于恒定比率ε/μ的散射體及其環(huán)境。周圍的材料是ε=μ=1的空氣。
由于散射體是無(wú)損的和各向同性的，在它的體積內(nèi)將沒(méi)有轉(zhuǎn)換。請(qǐng)參考四分之一波片的案例，以獲得更多關(guān)于體積轉(zhuǎn)換的信息。
在這里，所需的參量被計(jì)算為如上所述的電磁手性通量的通量積分。如下圖所示，對(duì)于接近對(duì)偶對(duì)稱的材料，轉(zhuǎn)換趨向于零。
在固定介電常數(shù)ε=4.5下，散射體的磁導(dǎo)率μ的變化。
該散射體是對(duì)偶的ε/μ=1，產(chǎn)生零手性轉(zhuǎn)換。
在JCMsuite中，所有手性密度都是相似的。例如，我們?cè)谙旅娴膱D中展示了增強(qiáng)的近場(chǎng)光學(xué)手性密度的電子部分。這是一個(gè)后處理過(guò)程，即ExportFields：輸出參量電手性密度。
具有ε/μ=1的雙散射體的光手性密度X的近場(chǎng)增強(qiáng)
參考文獻(xiàn)
[1] Philipp Gutsche, Lisa V. Poulikakos, Martin Hammerschmidt, Sven Burger, and Frank Schmidt.
展開(kāi) JCMsuite應(yīng)用：散射體的光學(xué)手性響應(yīng)
在JCMsuite中，利用光學(xué)手性的形式和內(nèi)置的手性參量可以計(jì)算光散射體的手性響應(yīng)。結(jié)果表明，時(shí)間諧波光學(xué)手性密度服從局部連續(xù)性方程[1]。這使得手性行為的分析類似于研究電磁能量的標(biāo)準(zhǔn)消光實(shí)驗(yàn)。
在電磁能量的情況下，消光由散射和損失[2]組成。對(duì)應(yīng)的手性參量是光學(xué)手性的消光散射，以及體積和界面上的手性轉(zhuǎn)換。這就得到了守恒定律
積分是在散射體的外表面?Ω和體積Θ以及表面?Θ上進(jìn)行的。
這些參量在JCMsuite中命名，如下表所示。更多細(xì)節(jié)可以在這里找到。
作為案例展示，我們計(jì)算散射體的手性響應(yīng)如下圖所示：
它的直徑是一個(gè)波長(zhǎng)的量級(jí)，它的介電常數(shù)固定為ε=4.5。在下面，我們將改變散射體的磁導(dǎo)率μ，并觀察預(yù)測(cè)的對(duì)偶對(duì)稱性[3]對(duì)于恒定比率ε/μ的散射體及其環(huán)境。周圍的材料是ε=μ=1的空氣。
由于散射體是無(wú)損的和各向同性的，在它的體積內(nèi)將沒(méi)有轉(zhuǎn)換。請(qǐng)參考四分之一波片的案例，以獲得更多關(guān)于體積轉(zhuǎn)換的信息。
在這里，所需的參量被計(jì)算為如上所述的電磁手性通量的通量積分。如下圖所示，對(duì)于接近對(duì)偶對(duì)稱的材料，轉(zhuǎn)換趨向于零。
在固定介電常數(shù)ε=4.5下，散射體的磁導(dǎo)率μ的變化。
該散射體是對(duì)偶的ε/μ=1，產(chǎn)生零手性轉(zhuǎn)換。
在JCMsuite中，所有手性密度都是相似的。例如，我們?cè)谙旅娴膱D中展示了增強(qiáng)的近場(chǎng)光學(xué)手性密度的電子部分。這是一個(gè)后處理過(guò)程，即ExportFields：輸出參量電手性密度。
具有ε/μ=1的雙散射體的光手性密度X的近場(chǎng)增強(qiáng)
參考文獻(xiàn)
[1] Philipp Gutsche, Lisa V.
展開(kāi) JCMsuite應(yīng)用：散射體的光學(xué)手性響應(yīng)
在JCMsuite中，利用光學(xué)手性的形式和內(nèi)置的手性參量可以計(jì)算光散射體的手性響應(yīng)。結(jié)果表明，時(shí)間諧波光學(xué)手性密度服從局部連續(xù)性方程[1]。這使得手性行為的分析類似于研究電磁能量的標(biāo)準(zhǔn)消光實(shí)驗(yàn)。
在電磁能量的情況下，消光由散射和損失[2]組成。對(duì)應(yīng)的手性參量是光學(xué)手性的消光散射，以及體積和界面上的手性轉(zhuǎn)換。這就得到了守恒定律
積分是在散射體的外表面?Ω和體積Θ以及表面?Θ上進(jìn)行的。
這些參量在JCMsuite中命名，如下表所示。更多細(xì)節(jié)可以在這里找到。
作為案例展示，我們計(jì)算散射體的手性響應(yīng)如下圖所示：
它的直徑是一個(gè)波長(zhǎng)的量級(jí)，它的介電常數(shù)固定為ε=4.5。在下面，我們將改變散射體的磁導(dǎo)率μ，并觀察預(yù)測(cè)的對(duì)偶對(duì)稱性[3]對(duì)于恒定比率ε/μ的散射體及其環(huán)境。周圍的材料是ε=μ=1的空氣。
由于散射體是無(wú)損的和各向同性的，在它的體積內(nèi)將沒(méi)有轉(zhuǎn)換。請(qǐng)參考四分之一波片的案例，以獲得更多關(guān)于體積轉(zhuǎn)換的信息。
在這里，所需的參量被計(jì)算為如上所述的電磁手性通量的通量積分。如下圖所示，對(duì)于接近對(duì)偶對(duì)稱的材料，轉(zhuǎn)換趨向于零。
在固定介電常數(shù)ε=4.5下，散射體的磁導(dǎo)率μ的變化。
該散射體是對(duì)偶的ε/μ=1，產(chǎn)生零手性轉(zhuǎn)換。
在JCMsuite中，所有手性密度都是相似的。例如，我們?cè)谙旅娴膱D中展示了增強(qiáng)的近場(chǎng)光學(xué)手性密度的電子部分。這是一個(gè)后處理過(guò)程，即ExportFields：輸出參量電手性密度。
具有ε/μ=1的雙散射體的光手性密度X的近場(chǎng)增強(qiáng)
參考文獻(xiàn)
[1] Philipp Gutsche, Lisa V.
展開(kāi) Science | 納米尺度光的“反常”折射現(xiàn)象
（拓展閱讀：
《Nature Nanotechnology | 納米尺度“操控”光傳輸》
）
由于不同光學(xué)拓?fù)鋺B(tài)展現(xiàn)材料的光學(xué)物性不同，其外在的光學(xué)響應(yīng)（玻印亭矢量與波矢）也會(huì)出現(xiàn)極大的差別。在此基礎(chǔ)上，國(guó)家納米科學(xué)中心戴慶研究團(tuán)隊(duì)巧妙利用不同拓?fù)鋺B(tài)極化激元玻印亭矢量方向的差異，通過(guò)構(gòu)造兩類不同拓?fù)鋺B(tài)的極化激元形成的面內(nèi)異質(zhì)結(jié)，成功實(shí)現(xiàn)了極化激元面內(nèi)負(fù)折射聚焦，如圖1所示。
圖1：（A）近場(chǎng)光學(xué)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)半覆蓋石墨烯的α-MoO?異質(zhì)結(jié)中極化激元負(fù)折射平面聚焦示意圖。（B，C）α-MoO?和石墨烯/α-MoO?異質(zhì)結(jié)雜化極化激元電場(chǎng)模擬仿真圖
實(shí)驗(yàn)觀測(cè)極化激元可逆負(fù)折射聚焦
在上述理論基礎(chǔ)上，戴慶課題組利用近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡，通過(guò)金屬天線作為激發(fā)源，成功在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了面內(nèi)負(fù)折射現(xiàn)象，揭示了極化激元面內(nèi)負(fù)折射的主要特征（如圖2所示）。當(dāng)雙曲極化激元在α-MoO?側(cè)發(fā)射并向石墨烯覆蓋的α-MoO?區(qū)域傳播時(shí)，極化激元由于兩側(cè)群速度沿y方向投影相反，會(huì)在界面處發(fā)生與正常折射相反的光線偏折現(xiàn)象，即負(fù)折射現(xiàn)象。
研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)上觀察到天線激發(fā)的極化激元的凹面波前在傳輸過(guò)程中急劇收縮，形成一個(gè)焦斑（由紅色箭頭所示），之后由于衍射效應(yīng)，匯聚的極化激元波前再次發(fā)散（如圖2A，C所示）。研究團(tuán)隊(duì)將發(fā)射天線放置在石墨烯/α-MoO?側(cè)（圖2B，D），依舊可以清晰得看到極化激元的
負(fù)折射現(xiàn)象，這證明了面內(nèi)極化激元負(fù)折射現(xiàn)象的可逆?zhèn)鞑ァ?/span>
展開(kāi) JCMsuite應(yīng)用：散射體的光學(xué)手性響應(yīng)
在JCMsuite中，利用光學(xué)手性的形式和內(nèi)置的手性參量可以計(jì)算光散射體的手性響應(yīng)。結(jié)果表明，時(shí)間諧波光學(xué)手性密度服從局部連續(xù)性方程[1]。這使得手性行為的分析類似于研究電磁能量的標(biāo)準(zhǔn)消光實(shí)驗(yàn)。
在電磁能量的情況下，消光由散射和損失[2]組成。對(duì)應(yīng)的手性參量是光學(xué)手性的消光散射，以及體積和界面上的手性轉(zhuǎn)換。這就得到了守恒定律
積分是在散射體的外表面?Ω和體積Θ以及表面?Θ上進(jìn)行的。
這些參量在JCMsuite中命名，如下表所示。更多細(xì)節(jié)可以在這里找到。
作為案例展示，我們計(jì)算散射體的手性響應(yīng)如下圖所示：
它的直徑是一個(gè)波長(zhǎng)的量級(jí)，它的介電常數(shù)固定為ε=4.5。在下面，我們將改變散射體的磁導(dǎo)率μ，并觀察預(yù)測(cè)的對(duì)偶對(duì)稱性[3]對(duì)于恒定比率ε/μ的散射體及其環(huán)境。周圍的材料是ε=μ=1的空氣。
由于散射體是無(wú)損的和各向同性的，在它的體積內(nèi)將沒(méi)有轉(zhuǎn)換。請(qǐng)參考四分之一波片的案例，以獲得更多關(guān)于體積轉(zhuǎn)換的信息。
在這里，所需的參量被計(jì)算為如上所述的電磁手性通量的通量積分。如下圖所示，對(duì)于接近對(duì)偶對(duì)稱的材料，轉(zhuǎn)換趨向于零。
在固定介電常數(shù)ε=4.5下，散射體的磁導(dǎo)率μ的變化。
該散射體是對(duì)偶的ε/μ=1，產(chǎn)生零手性轉(zhuǎn)換。
在JCMsuite中，所有手性密度都是相似的。例如，我們?cè)谙旅娴膱D中展示了增強(qiáng)的近場(chǎng)光學(xué)手性密度的電子部分。這是一個(gè)后處理過(guò)程，即ExportFields：輸出參量電手性密度。
具有ε/μ=1的雙散射體的光手性密度X的近場(chǎng)增強(qiáng)
參考文獻(xiàn)
[1] Philipp Gutsche, Lisa V.
展開(kāi) 仿真研究推進(jìn)納米光刻工藝的升級(jí)，助力計(jì)算機(jī)芯片制造
雖然傳統(tǒng)的光刻工藝可以滿足一定的生產(chǎn)需求，但它卻存在著諸多局限性：首先，光學(xué)衍射效應(yīng)會(huì)降低分辨率，在一定程度上影響產(chǎn)品的質(zhì)量；其次，較低的生產(chǎn)效率和高昂的生產(chǎn)成本也是制約相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。
清華大學(xué)摩擦學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（以下簡(jiǎn)稱“摩擦實(shí)驗(yàn)室”）是清華大學(xué)首批建成的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之一，主要從事摩擦學(xué)理論與技術(shù)、機(jī)械表面科學(xué)與性能控制、生物摩擦學(xué)與生物機(jī)械、微納制造理論與技術(shù)等方面的研究。目前，摩擦實(shí)驗(yàn)室的研究人員正在借助仿真手段探索一種低成本、高效率的新型納米光刻工藝。
旋轉(zhuǎn)式近場(chǎng)光刻技術(shù)
在光學(xué)領(lǐng)域，由于衍射現(xiàn)象的存在，傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)很難突破半波長(zhǎng)的成像分辨率。近年來(lái)，為突破這一限制，研究人員利用表面等離子共振能夠產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)熱點(diǎn)（hotspot）的現(xiàn)象，研發(fā)出了等離子體透鏡，以實(shí)現(xiàn)超高分辨率聚焦。然而，這種超高分辨率成像和聚焦方法的工作距離很短，僅適用于介質(zhì)表面，因此在實(shí)際應(yīng)用中很難控制。為了能夠穩(wěn)定控制透鏡及聚焦點(diǎn)，摩擦實(shí)驗(yàn)室的研究人員基于硬盤驅(qū)動(dòng)器的飛行原理和近場(chǎng)光學(xué)理論，提出了一種名為旋轉(zhuǎn)式近場(chǎng)光刻技術(shù)的新型光刻工藝。
硬盤在運(yùn)行時(shí)，磁頭滑塊會(huì)在盤片表面穩(wěn)定飛行，其飛行高度的高低取決于盤片的旋轉(zhuǎn)速度和磁頭滑塊的形狀。通過(guò)將表面等離子體透鏡集成在磁頭滑塊表面、并將超高分辨率的光刻膠涂于盤片表面，當(dāng)磁頭在盤片表面穩(wěn)定飛行時(shí)，表面等離子體透鏡即可對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光。由于表面等離子體透鏡具有優(yōu)異的聚光效應(yīng)，因此能夠形成突破衍射極限的近場(chǎng)光斑，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高分辨率、快速、無(wú)掩膜的納米光刻加工。
圖 1 為旋轉(zhuǎn)式近場(chǎng)光刻技術(shù)的工作原理圖。整個(gè)光刻系統(tǒng)由控制器、光學(xué)系統(tǒng)和加工系統(tǒng)三部分組成。控制器發(fā)出的脈沖信號(hào)可以控制光學(xué)系統(tǒng)中的各類光刻參數(shù)，并通過(guò)加工系統(tǒng)中的線性移動(dòng)臺(tái)接收來(lái)自控制器的控制信號(hào)，對(duì)等離子飛行頭的位置進(jìn)行精確控制。
展開(kāi) 
我是超材料，我為自己代言
最新研究成果
“超材料超透鏡”有望檢測(cè)早期癌細(xì)胞
超材料光學(xué)特性的研究者、紐約州立大學(xué)布法羅分校（University of Buffalo）的Natalia Litchinitser教授近日在她的論文中介紹了由她的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的一款可進(jìn)行單個(gè)分子成像和癌細(xì)胞檢測(cè)的透鏡——超材料超透鏡。這種由微小的黃金薄片和透明聚合體超材料制成的透鏡能在可見(jiàn)光下工作，并解決傳統(tǒng)光學(xué)透鏡的折射問(wèn)題。
受量子力學(xué)的測(cè)不準(zhǔn)原理的制約，光學(xué)設(shè)備存在衍射極限，為半波長(zhǎng)量級(jí)，衍射會(huì)導(dǎo)致“消逝波”，即光波逐漸消散在傳統(tǒng)透鏡中。為了能看到更精細(xì)的尺度，需要突破衍射極限。提高成像分辨率是近場(chǎng)光學(xué)的一個(gè)熱門領(lǐng)域，達(dá)到這些超高分辨率需配合昂貴的高精度儀器設(shè)備，而利用超材料來(lái)實(shí)現(xiàn)超高分辨率無(wú)疑是一種低成本的辦法。
這種微結(jié)構(gòu)的尺度小于它作用的波長(zhǎng)，因此得以對(duì)波施加影響，實(shí)現(xiàn)讓光波、雷達(dá)波、無(wú)線電波、聲波甚至地震波彎曲的夢(mèng)想，這是傳統(tǒng)材料無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。超材料超透鏡能將漸散的光波轉(zhuǎn)化成能被標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備收集傳播的光線，繼而突破散射的限制。
傳統(tǒng)透鏡由銀和隔絕材料按照環(huán)形間隔排列制成。Litchinitser教授帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)摒棄傳統(tǒng)方法，將黃金和聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）超材料按照放射型排列制成了一種新型的超透鏡。在《自然通訊》雜志（《Nature》子刊，SCI一區(qū)，影響因子高達(dá)10.742）的一篇論文中，Litchinitser教授的團(tuán)隊(duì)闡述了使用光刻和電鍍來(lái)制作這種超透鏡的方法，并提供了光學(xué)試驗(yàn)的波導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)顯示，在可見(jiàn)光下，光學(xué)內(nèi)視鏡僅能成像1萬(wàn)納米左右的物體，而使用超透鏡后，分辨率可提高至250納米或更好。
展開(kāi) 基于lumerical fdtd模擬等離子共振吸收的折射率傳感器
<p class="ql-align-justify">在表面等離子體激元學(xué)研究中，金屬納米粒子的光學(xué)特性是許多應(yīng)用的基礎(chǔ)，例如化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)傳感、 表面增強(qiáng)光譜、和近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡。金或銀納米粒子中的電子與入射光場(chǎng)相互作用時(shí)產(chǎn)生局域表面等離子體共振 (LSPR)。這種 LSPR 現(xiàn)象強(qiáng)烈依賴于納米結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀和周圍介電環(huán)境。特別是后者 的依賴性開(kāi)辟了一條折射率傳感的道路，對(duì)于一定的折射率變化，LSPR現(xiàn)象將導(dǎo)致較大的光譜偏移，從而可以檢測(cè)介電環(huán)境微小的變化。在實(shí)際應(yīng)用中，金屬納米結(jié)構(gòu)的損失是不可避免的。 為了實(shí)現(xiàn)低損耗器件，人們通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)幾何形狀和使用增益材料來(lái)降低損耗。超材料是共振金屬納米結(jié)構(gòu)，其晶胞遠(yuǎn)小于光的工作波長(zhǎng)，通過(guò)正確設(shè)計(jì)超材料中的電磁響應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)完美的吸收。一般來(lái)說(shuō)，在實(shí)際應(yīng)用中，理想的吸收體對(duì)入射角和光的偏振不敏感。</p><p class="ql-align-justify">我們的傳感器方案提出了潛在的折射率傳感器平臺(tái)，其中局域表面等離子體共振傳感基于簡(jiǎn)單的反射率測(cè)量，只需使用單波長(zhǎng)光源就可完成。圖 1 展示了吸收體傳感器結(jié)構(gòu)的幾何形狀。它由兩個(gè)功能層組成：最上層是金納米盤陣列，最下層是金鏡，這兩層由 MgF2 電介質(zhì)隔開(kāi)。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為在垂直入射時(shí)在 x 和 y 方向上與偏振無(wú)關(guān)。</p><div contenteditable="false" width="100%" class="ql-align-justify"><img src="https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-axegupay5k/f60824320abb41ac838d27131f57563b~noop.image?
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