[发明专利]变周期光栅光子晶体超分辨成像器件

说明书

本发明涉及一种变周期光栅光子晶体超分辨成像器，包括光子晶体，在光子晶体入射面与光子晶体出射面分别有光栅形状相同的一维亚波长光栅结构，所述亚波长光栅结构与光子晶体入射面、光子晶体出射面之间有相同宽度间隙，所述光子晶体其等效折射率为‑1，亚波长光栅结构中光栅个数应正比于光子晶体入射面或出射面第一排空气柱的个数，点光源经亚波长光栅后再进入光子晶体，实现突破衍射极限的超分辨成像。通过在光子晶体表面添加亚波长光栅的方法，增强了光场耦合作用，压缩了像点半宽，提高了成像分辨率且突破了衍射极限。

技术领域

本发明涉及一种成像技术，特别涉及一种变周期光栅光子晶体超分辨成像器。

背景技术

前苏联科学家Veselego于1968年首次提出“负折射”的概念，并理论预测在这种负折射材料中，电场、磁场、波矢方向不再符合传统材料的右手法则，而是遵守左手法则，因而这种材料又被称为“左手材料”。并预测在介电常数ε和磁导率μ同时为负的材料中，将产生负折射现象，即入射波和出射波位于法线的同一侧。但直到本世纪初D.R.Smith等人才实验制备出能发生负折射的人工材料，这种材料由金属线和非闭合金属环周期排列构成，光波在其中传播时，波矢方向和能流方向相反。英国科学家Pendry于2000年提出利用负折射“完美透镜”可以对倏逝场进行放大，从而实现超越衍射极限的近场成像。基于这种猜想，人们利用银薄膜实现了60nm(λ/6)的超分辨成像，记录下了著名的“NANO”字眼。A.Sukhovich等人则为光子晶体实现超分辨率成像提供了实验和理论依据。

然而，光子晶体因不存在同时为负的介电常数和磁导率，其实现超分辨成像的机理尚存在争议。此外光子晶体成像的分辨率仅略小于衍射极限，继续提高光子晶体的成像分辨率仍需进一步的工作。

发明内容

本发明是针对提高光子晶体的成像分辨率的问题，提出了一种变周期光栅光子晶体超分辨成像器，通过在光子晶体表面添加亚波长光栅的方法，增强了光场耦合作用，压缩了像点半宽，提高了成像分辨率。

本发明的技术方案为：一种变周期光栅光子晶体超分辨成像器，包括光子晶体，在光子晶体入射面与光子晶体出射面分别有光栅形状相同的一维亚波长光栅结构，所述亚波长光栅结构与光子晶体入射面、光子晶体出射面之间有相同宽度间隙，所述光子晶体其等效折射率为-1，亚波长光栅结构中光栅个数应正比于光子晶体入射面或出射面第一排空气柱的个数，点光源经亚波长光栅后再进入光子晶体，实现突破衍射极限的超分辨成像。

所述一维亚波长光栅的光栅槽面型为梯形，光子晶体入射面与所述梯形光栅宽面邻近，光子晶体出射面与所述梯形光栅窄面邻近。

所述入射面的亚波长光栅与出射面的亚波长光栅周期为T₁和T₂，入射面亚波长光栅周期为T₂对应的第一个光栅中心点与入射面第一排对应的空气柱圆心连线垂直于入射面，其余光栅沿着两边以周期T₁和T₂分别排列；出射面亚波长光栅周期为T₂对应的第一个光栅中心点与出射面第一排对应的空气柱圆心连线垂直于出射面，其余光栅沿着两边以周期T₁和T₂分别排列。

所述亚波长梯形光栅宽面w₁＝376nm,梯形光栅窄面w₂＝342nm,梯形光栅与光子晶体入射面距离h₁＝56nm,梯形光栅槽深h₂＝215nm，入射面前4个光栅周期为T₁,后所有光栅周期为T₂，出射面第一个光栅周期为T₁,其余光栅周期为T₂，入射光源波长为1545nm～1555nm，光源位于入射面亚波长光栅下方295nm～315nm处，光子晶体入射面第一排第一个空气柱圆心为原点，光源横向坐标为1.99μm～2.01μm。