一种超临界透镜及超分辨率成像系统技术方案

本发明专利技术提供了一种超临界透镜及超分辨率成像系统，其中，该超临界透镜，包括：多个纳米结构单元；不同位置的所述纳米结构单元能够将入射至所述纳米结构单元的光线进行不同的相位调制，且所调制的相位为在使产生的焦斑中主焦斑和旁瓣的光强满足所需分布的情况下所确定的相位；位置依次相邻的多个所述纳米结构单元依次实现连续的相位调制。通过本发明专利技术实施例提供的超临界透镜及超分辨率成像系统，超临界透镜能够调制0到2π之间的多个相位，多级衍射影响较小，甚至不存在多级衍射，能量利用效率更高；考虑焦斑完整的光强分布，也可以进一步提高能量利用率，在该超临界透镜用于成像系统时，能够提升成像清晰度。能够提升成像清晰度。能够提升成像清晰度。

【技术实现步骤摘要】
一种超临界透镜及超分辨率成像系统


[0001]本专利技术涉及光学透镜
，具体而言，涉及一种超临界透镜及超分辨率成像系统。

技术介绍

[0002]区别于传统的光瞳滤波器和菲涅尔波带片对光场的调制原理，利用特殊设计的光学微纳结构对传输光场的干涉现象精密调制，完全可以在远场实现超越衍射极限的光学聚焦焦斑，该现象被命名为光学超振荡。光学聚焦焦斑尺寸趋近于超振荡判据(0.38λ/NA)，同时具有大于传统透镜的焦深(2λ/NA2)而能够形成光针效应，这样的平面衍射透镜定义为超临界透镜。在保证超衍射极限焦斑的同时，能有效抑制旁瓣的强度，同时获得较长的工作距离和焦深。
[0003]现有的超临界透镜其本质上是一种二元衍射光学元件。由于多级衍射效应，反射和吸收损耗的影响，能量效率难以达到很高的程度，目前报道的最高效率只有30％左右。同时二元相位器件若要降低旁瓣的影响，需要多一个显微物镜，增加了系统的复杂度，不宜集成。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术实施例的目的在于提供一种超临界透镜及超分辨率成像系统。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种超临界透镜，包括：多个纳米结构单元；
[0006]不同位置的所述纳米结构单元能够将入射至所述纳米结构单元的光线进行不同的相位调制，且所调制的相位为在使产生的焦斑中主焦斑和旁瓣的光强满足所需分布的情况下所确定的相位；
[0007]位置依次相邻的多个所述纳米结构单元依次实现连续的相位调制。
[0008]在一种可能的实现方式中，所述纳米结构单元所调制的相位满足：
[0009][0010]其中，表示第i个纳米结构单元所调制的相位，k表示波矢，NA表示数值孔径，M表示放大倍数，(x
i
,y
i
)表示第i个纳米结构单元的位置坐标，(x0,y0)表示超临界透镜中心处纳米结构单元的位置坐标。
[0011]在一种可能的实现方式中，所述超临界透镜包括在工作波段透明的基底层和设置在所述基底层上的多个纳米结构。
[0012]在一种可能的实现方式中，所述纳米结构周围设有在所述工作波段透明的填充物，所述填充物的折射率与所述纳米结构的折射率之间的差值大于或等于0.5。
[0013]在一种可能的实现方式中，所述纳米结构在所述工作波段透明；
[0014]所述纳米结构所采用的材料包括：氧化钛、氮化硅、熔融石英、氧化铝、氮化镓、磷
化镓、非晶硅、晶体硅、氢化非晶硅中的至少一种。
[0015]在一种可能的实现方式中，所述基底层与所述纳米结构采用不同的材料。
[0016]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种超分辨率成像系统，包括：如上所述的超临界透镜，所述超临界透镜用于实现成像。
[0017]在一种可能的实现方式中，超分辨率成像系统还包括：光源、载物台和探测器；所述光源、所述超临界透镜、所述载物台、所述探测器依次设置；所述载物台用于放置需要成像的样本；
[0018]所述光源用于发出成像光线；
[0019]所述超临界透镜用于调制所述成像光线的相位，在所述载物台处形成主焦斑，并透过所述载物台；
[0020]所述探测器用于采集透过所述载物台的光线所形成的光子信号。
[0021]在一种可能的实现方式中，超分辨率成像系统还包括共聚焦透镜组和成像孔；所述光源、所述超临界透镜、所述载物台、所述共聚焦透镜组、所述成像孔、所述探测器依次设置；
[0022]所述共聚焦透镜组用于将从所述载物台上透射光线进行聚焦，聚焦后的光线穿过所述成像孔，并到达所述探测器，所述探测器能够采集透过所述成像孔的光线所形成的光子信号。
[0023]在一种可能的实现方式中，超分辨率成像系统还包括滤光片；
[0024]所述滤光片设置在所述光源与所述载物台之间，或者设置在所述光源与所述探测器之间，用于滤掉除工作波段以外的至少部分光线。
[0025]本专利技术实施例上述第一方面提供的方案中，超临界透镜中不同位置的纳米结构单元能够实现连续的相位调制，且其所调制的相位为在使产生的焦斑中主焦斑和旁瓣的光强满足所需分布的情况下所确定的相位。与传统的二元衍射光学元件相比，该超临界透镜能够调制0到2π之间的多个相位，多级衍射影响较小，甚至不存在多级衍射，能量利用效率更高；考虑焦斑完整的光强分布，也可以进一步提高能量利用率，在该超临界透镜用于成像系统时，能够提升成像清晰度。并且，该超临界透镜基于超表面技术制作而成，制作成本低，且具有轻薄化的特点，利于应用或集成到其他场景。
[0026]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1示出了本专利技术实施例所提供的超临界透镜的一种结构示意图；
[0029]图2示出了本专利技术实施例所提供的超临界透镜的另一种结构示意图；
[0030]图3示出了本专利技术实施例所提供的超临界透镜与传统超临界透镜的光强分布对比图；
[0031]图4示出了本专利技术实施例所提供的超分辨率成像系统的一种结构示意图；
[0032]图5示出了本专利技术实施例所提供的超分辨率成像系统的另一种结构示意图。
[0033]图标：
[0034]10
‑
光源、20
‑
超临界透镜、201
‑
基底层、202
‑
纳米结构、203
‑
填充物、30
‑
载物台、40
‑
共聚焦透镜组、50
‑
成像孔、60
‑
探测器。
具体实施方式
[0035]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0036]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0037]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超临界透镜，其特征在于，包括：多个纳米结构单元；不同位置的所述纳米结构单元能够将入射至所述纳米结构单元的光线进行不同的相位调制，且所调制的相位为在使产生的焦斑中主焦斑和旁瓣的光强满足所需分布的情况下所确定的相位；位置依次相邻的多个所述纳米结构单元依次实现连续的相位调制。2.根据权利要求1所述的超临界透镜，其特征在于，所述纳米结构单元所调制的相位满足：其中，表示第i个纳米结构单元所调制的相位，k表示波矢，NA表示数值孔径，M表示放大倍数，(x
i
,y
i
)表示第i个纳米结构单元的位置坐标，(x0,y0)表示超临界透镜中心处纳米结构单元的位置坐标。3.根据权利要求1所述的超临界透镜，其特征在于，所述超临界透镜包括在工作波段透明的基底层(201)和设置在所述基底层(201)上的多个纳米结构(202)。4.根据权利要求3所述的超临界透镜，其特征在于，所述纳米结构(202)周围设有在所述工作波段透明的填充物(203)，所述填充物(203)的折射率与所述纳米结构(202)的折射率之间的差值大于或等于0.5。5.根据权利要求5所述的超临界透镜，其特征在于，所述纳米结构(202)在所述工作波段透明；所述纳米结构(202)所采用的材料包括：氧化钛、氮化硅、熔融石英、氧化铝、氮化镓、磷化镓、非晶硅、晶体硅、氢化非晶硅中的至少一种。6.根据权利要求3所述的超临界透镜，其特征在于，所述基底层(201)与所述纳米结构(202)采用不同的材料。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：朱瑞，朱健，谭凤泽，郝成龙，
申请(专利权)人：深圳迈塔兰斯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：