基于非线性光学突破衍射极限的基础研究

Diffraction limit is the fundamental limit in optics, determining the smallest feature size observed in optical system. This limit constrains optical systems' applications in a broad way, such as in microscope, optical disc and optical fabrication. Breaking the diffraction limit has attracted research interests from various fields. In this proposal, we aim to bring in the idea using nonlinear optics to break this diffraction limit set by the linear optics. By utilizing nonlinear wave mixing and harmonic generations of wave in the near-field, we could possibly extract the near-field evanescent wave to the far-field. In such manner, we could manage to control light in the near-field from far-field, at the same time, observe the near-field signal from far-field, breaking the diffraction limit.

光学衍射极限直接决定了光学系统中的最小分辨率。光学衍射极限制约了光学系统在生物成像、光学信息储存、微材料加工等众多领域中的应用效果。如何有效地突破衍射极限是各方的研究的重点。本项目将引入非线性光学的概念，研究通过近场由光学非线性产生多波混频，在远场进行调控来控制光学近场的渐逝波，同时在远场测量亚波长信息元的信号，达到突破衍射极限的目的，并探讨其潜在的应用。

光学衍射极限直接决定了光学系统中的最小分辨率。光学衍射极限制约了光学系统在生物成像、光学信息储存、微材料加工等众多领域中的应用效果。如何有效地突破衍射极限是各方的研究的重点。本课题研究了通过光学非线性的多波混频过程，来进行调控来控制光学衍射/折射，并结合非线性光学衍射的方式进行成像方面的研究，以调控的光学折射来实现控制数值孔径，达到突破衍射极限的目的。本项目通过三年的工作，已完成项目计划预定内容，实现了利用三阶光学非线性实现了负折射以及其成像、非线性负折射的可控透镜成像的机理研究、二阶光学非线性的负折射及成像等基础研究。成果以通讯作者的身份发表于Physical Review Letters、Scientific Reports、 Applied Physical Letters等有影响力的期刊。并在SPIE等国际大会上作邀请报告。此项研究有望给需要突破衍射极限的应用包括显微成像、光储存、微加工等核心领域带来新的可能。