中国科大利用光学天线实现亚纳米位移的光学测量 2020-06-22

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        中国科学技术大学微纳光学与技术课题组（http://staff.ustc.edu.cn/~lmno/）在纳米位移光学测量研究方面取得重要进展。课题组鲁拥华副教授和王沛教授利用光学天线与空间结构光场相互作用实现了亚纳米位移的测量，研究成果于2020年6月16日发表于国际知名物理学期刊《物理评论快报》[Phys. Rev. Lett. 124, 243901]

光学方法进行位移的精密测量具有精度高、非接触等特点，基于光场相干性进行纵向位移测量可以实现激光雷达、激光测距、微小震动测量等，在科学研究和工业生产中已经产生了重要而广泛的影响。然而，对于垂直于光束方向的横向位移，常规的激光干涉方法无法进行有效的感知。

该课题组一直从事微纳光子学、表面等离激元光学、光场调控研究。该工作设计了一种耦合光学天线，利用非均匀空间结构光与光学天线的相互作用，实现对金属表面等离激元的非对称激发。分析光学天线的近场耦合及其与金属表面等离激元的相互作用规律，发现：表面等离激元的非对称分布与作用于光学天线上的激发光场分布具有强烈的依赖。据此，通过泄漏辐射成像方法测量表面等离激元的非对称性实现了横向位移的高精度测量。实验研究表明：横向位移的测量灵敏度和精度可以达到亚纳米量级（~0.3nm）。该工作提出的横向纳米位移测量方法有望在高分辨光学成像、半导体加工、精密对准等方面得到应用。

光学天线与光场相互作用的示意图

光电子科学与技术安徽省重点实验室的博士生臧天阳是论文的第一作者，鲁拥华副教授和王沛教授为论文共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、安徽省科技重大专项和先进激光技术安徽省实验室主任基金的支持。

论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.124.243901

（光电子科学与技术安徽省重点实验室、物理学院、科研部）