一种单物镜成亚波长近球形焦点的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种单物镜成亚波长近球形焦点的系统及方法，利用反射光学元件代替现有矢量光束聚焦系统中的其中一个物镜，采用偶极子天线组产生任意的入射光束，偶极子天线组经反射光学元件成像即虚偶极子天线组，两组偶极子天线的辐射场在非球面物镜的波前曲面相干结合形成波前辐射场，非球面物镜对两组偶极子天线到达球面波前的辐射场进行矢量聚焦，将波前辐射场聚焦回到焦点附近形成两个焦点，通过反射光学元件将一个焦点反射到另一个焦点上进行相长干涉，得到亚波长近球形焦点，从而将光功率限制在亚波长近球形焦点内，降低了物镜和光路的调整难度，在保持系统简单的情况下提高了焦斑的分辨率。高了焦斑的分辨率。高了焦斑的分辨率。

【技术实现步骤摘要】
一种单物镜成亚波长近球形焦点的系统及方法


[0001]本专利技术属于矢量衍射聚焦领域，更具体地，涉及一种单物镜成亚波长近球形焦点的系统及方法。

技术介绍

[0002]光学焦点领域的研究有着极其重要的意义，因为在包括高分辨率成像、激光直接写入、光刻、数据存储、自旋轨道相互作用和自旋方向耦合、各种粒子捕获和操纵在内的各种学科中使用光束时，焦点区域的空间强度，相位和偏振分布起着不可或缺的作用。矢量光束在紧密聚焦之后能产生比标量光束聚焦更小的光斑，并且焦斑的大小与聚焦透镜的数值孔径和入射光束的波长有关，数值孔径越大，产生的焦斑越小。当光束经过大数值孔径透镜聚焦时，近轴近似不再成立，应用矢量Debye衍射理论进行分析。研究表明，光束的偏振特性对紧密聚焦光斑大小和形状有影响。
[0003]现有常用矢量光束聚焦系统如图1所示，该系统中采用两个高数值孔径物镜来将光束聚焦于同一点，两边相对传输的横向聚焦光束的相位差为π，因此两侧光束的相干作用可以增强光场的纵向分量，形成更小的聚焦光斑。应用矢量衍射理论进行分析，可以在焦点得到一个纵向分量较强的聚焦光斑。但本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单物镜成亚波长近球形焦点的系统，其特征在于，包括：三维偏振的偶极子天线组、非球面物镜和反射光学元件；其中，所述反射光学元件位于非球面物镜的焦平面，所述偶极子天线组经反射光学元件成像形成虚偶极子天线组；所述偶极子天线组位于非球面物镜与反射光学元件之间；所述偶极子天线组的辐射场与虚偶极子天线组的辐射场在非球面物镜的波前曲面相干结合，形成波前辐射场；所述非球面物镜将波前辐射场聚焦，在偶极子天线组处和虚偶极子天线组处各形成一个焦点；所述反射光学元件将位于虚偶极子天线组处的焦点反射到偶极子天线组处，并与位于偶极子天线组处的焦点进行相长干涉，得到亚波长近球形焦点。2.如权利要求1所述的单物镜成亚波长近球形焦点系统，其特征在于，所述反射光学元件为平面镜或凹面镜；所述非球面物镜为高数值孔径非球面物镜。3.如权利要求2所述的单物镜成亚波长近球形焦点系统，其特征在于，若所述反射光学元件为平面镜，则所述偶极子天线组的辐射场与波前曲面的曲率半径满足以下关系：元件为平面镜，则所述偶极子天线组的辐射场与波前曲面的曲率半径满足以下关系：元件为平面镜，则所述偶极子天线组的辐射场与波前曲面的曲率半径满足以下关系：其中，分别表示偶极子天线组在波前曲面Ω沿x，y和z方向的辐射场，r
s
为s波在介质和金属的交界面的反射系数，r
p
为p波在介质和金属交界面的反射系数；相位项exp(jkz0cosθ)和exp(
‑
jkz0cosθ)分别表示偶极子天线组和虚偶极子天线组传播与焦点相比的附加光程长度引起的多余的相位；θ,φ分别表示波前曲面Ω上任意一点的仰角和方位角；分别表示沿着仰角方向和方位角方向的单位矢量；I0是偶极子天线组的恒定电流，η是阻抗，k是波数，r是波前曲面Ω的曲率半径。4.如权利要求3所述的单物镜成亚波长近球形焦点系统，其特征在于，所述波前辐射场与偶极子天线组的辐射场满足以下关系：其中，t1,t2,t3分别表示偶极子天线组中各偶极子天线的相对幅度和相位，且t1,t2,t3均为复数，可表示为Ae
jβ
，A和β分别表示偶极子天线组中各偶极子天线的相对幅度和相位。5.如权利要求4所述的单物镜成亚波长近球形焦点系统，其特征在于，所述非球面物镜的光瞳平面的输入光场与波前辐射场满足以下关系：
其中，(r
i
,φ
i
)为光瞳平面的极坐标。6.如权利要求4所述的单物镜成亚波长近球形焦点系...

【专利技术属性】
技术研发人员：万辰皓，苏丽秀，唐霞辉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：