新加坡南洋理工大学(新加坡南洋理工大学)的科学家开发了一种在纳米水平测量距离的新方法——一纳米是十亿分之一米的使用光。

使用光观察物体的设备，如显微镜，基于物理定律有一个基本的限制，那就是它们的辨别能力。

光学器件能够可靠成像的最小距离等于所用光波长的一半，这被称为“衍射极限”。

因此，衍射极限高于400纳米，约为近红外光波长的一半。这大约是人类头发宽度(100微米)的250倍。

然而，因为科学家对观察非常小的物体感兴趣，例如病毒和纳米粒子，它们的粒子大小在10到100纳米之间，所以400纳米的光学分辨率是不够的。

目前，纳米测量采用间接或非光学方法，如扫描电子显微镜。这些方法并不总是可行的，可能很耗时，并且需要昂贵的设备来操作。

然而，NTU物理与数学科学学院的尼古拉哲鲁德夫教授和袁光辉博士在《科学》杂志上发表的一项发现描述了一种新的光学方法，可以测量纳米的位移——用近红外光直接测量的最小距离。

他们的理论计算表明，基于这种方法的装置最终可以测量低至光波长1/4000的距离，大致相当于单个原子的大小。

他们的成就是通过使用100纳米厚的金膜实现的，在金膜上切割了10000多个微小的狭缝来衍射激光，并利用了被称为“超级振荡”的光学现象。

超振荡的概念最早出现在20世纪80年代，当时以色列物理学家亚克阿哈诺夫研究量子物理，后来被英国物理学家白睿文推广到光学等领域。当光波的“亚波长”比光波本身振荡得快时，就会发生超振荡。

这是如何工作的？

“我们的设备在概念上非常简单，”新加坡光子研究所破坏性光子技术中心()博士后研究员袁博士说。“它的工作原理是狭缝排列的精确模式。图案中有两种类型的狭缝，它们彼此成直角。当偏振激光照射金膜时，会产生极其干扰的图案。微小的特征，远小于光的波长。”

偏振光从哲鲁德夫和袁的装置散射后，产生两束交叉偏振光束：一束是相位变化很快的超振荡“干涉图样”，另一束是探测超振荡场相位的参考波。

从这个阶段开始，可以计算出超振荡的梯度，或者说“局域波矢量”，它的宽度极窄(比衍射极限窄400倍)，因此可以作为高分辨率的光学标尺。

NTU科学家必须克服的障碍是，这些最小的超级振荡不是出现在光波的振幅中，而是出现在它们的相位中。为了绘制光场的相位图，科学家们必须设计一种特殊的技术来比较不同激光偏振态的强度。

“这种相位敏感技术是对以前使用超振荡进行光学测量的尝试的重大改进，”NTU光子学研究所联合所长哲鲁德夫教授说。

“我们和其他人开发的早期方法使用了一种具有相应超强振荡强度的局部‘热点’。热点的优点是容易被发现。但如果目标是测量尽可能短的距离，相位超振荡更适合，因为它们的尺寸更小。”

的未来应用

哲鲁德夫教授也是英国南安普顿大学光电研究中心的联合主任，他说他们的发现可能会应用于工业：

“这种光学测量方法在未来将非常有用，例如电子产品的制造和质量控制，需要极其精确的光学测量和监控纳米器件本身的完整性。”

展望未来，该团队的目标是利用光纤开发其设备的紧凑版本，并将该技术商业化为一种新型的超精密光学尺，这将有利于半导体制造和opt等先进制造工艺

版权说明： 本文版权归原作者所有，转载文章仅为传播更多信息之目的，如作者信息标记有误，请第一时间联系我们修改或删除，多谢。

标签：