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装置和结构

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光子纳米射流达到超分辨率

07 Mar 2019 劳伦·巴尔 
光子纳米射流的亚波长成像

突破衍射极限并进入亚波长成像领域的方法越来越具有创造性。在这项工作中被证明有用的一种工具是光子纳米射流(PNJ),它是在电介质粒子与其周围介质之间的界面处极窄且强烈的辐射束。现在,一对研究人员已经开发出一种同时最小化颗粒和增强PNJ的方法,这可以使许多成像,显微镜和传感应用受益,其分辨率是传统PNJ成像系统的五倍。

维克多·帕切科-佩尼亚 从 纽卡斯尔大学,英国和 米格尔·贝鲁特(Miguel Beruete) 来自 纳瓦拉公立大学 西班牙进行了二氧化钛(TiO2)被空气包围的颗粒。选择这些材料是因为其具有很高的折射率(大约9.95),并且在这些模拟中使用50 GHz辐射激发时具有低吸收率。这是这项研究成功的关键-传统PNJ是由折射率较低(约2)且必须大于波长五倍的粒子制成的。得益于较高的TiO指数2 Pacheco-Peña和Beruete研究的粒子的波长刚好超过半个波长,从而使该技术达到了中尺度。

释放纳米射流

测试的第一个介电粒子是无限长的圆柱体。初步结果表明,当用平面波从一侧照亮圆柱体时,确实产生了PNJ。但是,它被困在圆柱体内,而不是像低折射率粒子那样停留在表面上。

为了将PNJ从其电介质监狱中释放出来,研究人员应用了通常用于固体浸没透镜设计的Weierstrass公式来计算距圆柱体应被截断的中心的距离。仿真表明,圆柱体表面的PNJ将反向散射信号的功率提高了2.5倍,半峰全宽(FWHM)为波长的0.14倍。

对于第二种形状,Pacheco-Peña和Beruete研究了一些更容易通过实验实现的东西。截断的介电球,其尺寸与圆柱体相同。当由入射在弯曲侧的平面波照射时,PNJ出现在截球形的平面上,该平面甚至更窄(FWHM为波长的0.06倍),但强度比功率产生的强度稍弱(功率增强为1.8)。截断的圆柱体。

飙升超过衍射极限

Beruete and Pacheco-Pena

接下来,研究人员研究了PNJ捕获亚波长分辨率图像的能力。在另一个数值模型中,将两个小金球放置在截断的介电球下,并从组合系统测量反向散射信号。金球被扫描,产生类似于扫描探针显微镜的图像。在测试了具有各种间隔的金球之后,研究人员发现他们可以清楚地区分出波长仅为0.06倍的间隔的球,其分辨率是传统PNJ成像系统的5倍。

这项研究显示了PNJ在亚波长成像和传感系统中的广阔前景。目前,研究人员正在更深入地研究高折射率粒子的其他可能几何形状,例如立方体和椭圆形。也许他们可以打破自己的解决方案记录!

在以下网站上发表的文章中了解有关此工作的更多信息: 应用物理学杂志.

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