基于空间相位调制的远场超聚焦研究

（限 3000 Characters）：Superfocusing, which breaks the diffraction limit, plays an important role in scientific research and industrial technologies. Now, the experimental scientists on the superfocusing have proposed many ideas.However, most of them are limited in the near-field (usually one or two wavelength). In this project, we study the far-field superfocusing based on the spatial phase modulation. By designing the periodically-array structures or concentrical ring structures, we can realize superfocusing tens of microns away. We expect that our novel imaging technique would provide a practical superresolution technique for photolithography, medical imaging, molecular imaging, as well as bioimaging.

（限400字）：突破衍射极限的超聚焦光斑在光刻、成像、生物医学等等领域具有非常重要的应用前景。目前，国内外有关超聚焦的实验研究已经取得了一系列进展，但影响其实用的主要限制是只能在1~2个波长的近场范围内实现超聚焦。本项目将研究基于空间相位调制的远场超聚焦现象，可以在几十到几百个波长范围内实现。通过设计特殊空间相位分布的周期性阵列结构或同心圆环结构来实现具有不同特征的超聚焦光斑。通过本项目的研究，将进一步深入理解空间相位分布对超聚焦形成的影响，为以后设计和研制新型聚焦器件有重要意义。

突破衍射极限的超聚焦研究在光刻、生物医学、超分辨成像等领域具有非常重要的应用前景。目前，国内外有关超聚焦的研究已经取得了一系列的成果，但他们大部分都局限于在近场或者是用远小于波长尺寸的结构（亚波长结构）来实现超聚焦，这就大大限制了超聚焦的实用范围。本项目通过调控光束的空间相位在远场实现了超聚焦现象。项目分别研究了周期性极化钽酸锂晶体四角点阵结构、六角点阵结构以及同心圆环结构中的远场超聚焦现象。实验中，在27.5um的观察面上获得了尺寸约为100nm左右的超聚焦点，此观察距离远大于传统意义上的近场，并且样品的尺寸也比波长大很多。这一获得超聚焦的方法有可能为进一步实现超分辨成像提供理论和技术支持。基于空间相位调控的超聚焦特性，我们设计了一种光学超振子透镜，从理论和实验上实现了超长的亚波长光针。由于光针的长度较长，可以获得长景深的聚焦成像，有望用于生物医学上的长距离成像。另外，我们对在项目研究过程中发现的一种新型的非线性无衍射光束和光的轨道角动量特性进行了拓展研究，并取得了一定的成果，相关的研究成果发表在国际期刊上。