中國科大利用光學天線實現亞納米位移的光學測量

2020-08-29 量子之聲

中國科學技術大學微納光學與技術課題組（http://staff.ustc.edu.cn/~lmno/）在納米位移光學測量研究方面取得重要進展。課題組魯擁華副教授和王沛教授利用光學天線與空間結構光場相互作用實現了亞納米位移的測量，研究成果於2020年6月16日發表於國際知名物理學期刊《物理評論快報》 [Phys. Rev. Lett. 124, 243901]

光學方法進行位移的精密測量具有精度高、非接觸等特點，基於光場相干性進行縱向位移測量可以實現雷射雷達、雷射測距、微小震動測量等，在科學研究和工業生產中已經產生了重要而廣泛的影響。然而，對於垂直於光束方向的橫向位移，常規的雷射幹涉方法無法進行有效的感知。

該課題組一直從事微納光子學、表面等離激元光學、光場調控研究。該工作設計了一種耦合光學天線，利用非均勻空間結構光與光學天線的相互作用，實現對金屬表面等離激元的非對稱激發。分析光學天線的近場耦合及其與金屬表面等離激元的相互作用規律，發現：表面等離激元的非對稱分布與作用於光學天線上的激發光場分布具有強烈的依賴。據此，通過洩漏輻射成像方法測量表面等離激元的非對稱性實現了橫向位移的高精度測量。實驗研究表明：橫向位移的測量靈敏度和精度可以達到亞納米量級（~0.3nm）。該工作提出的橫向納米位移測量方法有望在高分辨光學成像、半導體加工、精密對準等方面得到應用。

光學天線與光場相互作用的示意圖

光電子科學與技術安徽省重點實驗室的博士生臧天陽是論文的第一作者，魯擁華副教授和王沛教授為論文共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金、安徽省科技重大專項和先進雷射技術安徽省實驗室主任基金的支持。

論文連結：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.124.243901

（光電子科學與技術安徽省重點實驗室、物理學院、科研部）

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