摘要：具有远场超分辨聚焦特性、消色差、小尺寸和易加工的光学聚焦器件在光学成像、光学显微和光刻等领域具有巨大应用潜力.本文提出了一种基于光学超振荡基本原理,结合角谱衍射理论和二进制粒子群算法的二值振幅型远场超分辨消色差聚焦器件设计方法.为了验证所提出设计方法,首先针对波长λ_(1)=405 nm,λ_(2)=532 nm和λ_(3)=632.8 nm的径向偏振光对二值振幅型远场超分辨聚焦器件振幅进行优化设计,再对三者振幅分布进行逻辑“与”操作,使其同时含有3个工作波长远场超分辨聚焦的振幅分布信息.仿真结果表明:在3个波长入射条件下相应的峰值半高全宽分别为0.441λ_(1) (0.179μm),0.469λ_(2 )(0.249μm)和0.427λ_(3) (0.270μm),低于阿贝衍射极限,实现了远场超分辨消色差聚焦,且同时聚焦较小的旁瓣比率(<15%).此类器件具有易加工、消色差和超分辨等优点,适用于光学系统微型化、集成化.所提出的设计方法可拓展至其他光学波段,并为相关光学研究领域提供核心聚焦器件.

摘要：亚波长聚焦透镜被广泛应用于光学显微、成像和光刻等光学领域,具有亚波长结构的聚焦光场在倾斜入射下存在着严重影响光学成像质量的轴外像差。文章展示了一种高数值孔径(0.970)的光学超透镜设计方法,利用具有宽角度响应超原子的光场调控功能,结合孔径对倾斜入射光场的矫正,可同时满足倾斜入射时亚波长紧聚焦和宽带操作。数值仿真结果表明,在带有5μm孔径的超透镜中,可在倾斜入射角±30°范围内实现亚波长紧聚焦,峰值半高全宽范围为0.600~0.885λ;在550~750nm的入射波长范围内实现亚波长聚焦,并且其操作带宽达到200nm。

摘要：为克服传统透镜体积大、难以集成化的不足,针对入射波长λ=2500μm的径向偏振光,基于光学超振荡原理设计了透镜半径为20λ、聚焦焦距为5λ、数值孔径NA=0.97的二值相位型宽带太赫兹远场超分辨聚焦器件。仿真结果表明:该远场太赫兹聚焦透镜在λ=2500μm时,在焦平面形成有效聚焦焦点,该焦点半高全宽为0.445λ(1112.5μm),小于阿贝衍射极限(0.5λ/NA=0.518λ),旁瓣比为15.9%,实现了远场超分辨聚焦;设计的透镜在2100~2900μm波长范围内可形成亚波长聚焦焦点,且在2300~2900μm波长范围内能够实现远场超分辨聚焦。相较于传统光学超分辨技术存在的工作距离短、集成困难、带宽较小等问题,该平面透镜设计灵活,具有物理尺寸小、工作距离适中、带宽范围大等优点,可广泛用于集成化的光学系统中。