[发明专利]使用超材料的光学成像设备及使用超材料的光学成像方法

说明书

本发明的一个实施例提供了一种使用超材料的光学成像设备，该光学成像设备包括：超材料阵列传感器，该超材料阵列传感器包括由超材料制成的多个单元结构并与观察对象相邻放置；成像光束提供单元，该成像光束提供单元向超材料阵列传感器提供成像光束；控制光束提供单元，该控制光束提供单元控制提供至单元结构的控制光束以阻挡入射在单元结构上的成像光束；以及成像光束测量单元，该成像光束测量单元通过测量当成像光束穿过单元结构时超材料阵列传感器的成像光束透射量和当控制光束聚焦在单元结构上以阻挡入射在单元结构上的成像光束时超材料阵列传感器的成像光束透射量来测量穿过单元结构的单元结构成像光束透射量。

相关申请的交叉引用

本发明根据美国法典第35编第119节要求于2019年3月6日提交的韩国申请第10-2019-0025928号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及使用超材料的光学成像设备和使用超材料的光学成像方法，更具体地，涉及使用切换超材料(switching metamaterial)的光学成像设备和使用切换超材料的光学成像方法，该光学成像设备在使用超材料阵列的光学成像中能够克服衍射极限并调节成像光束相对于单个单位超材料的透射率。

背景技术

光学成像技术的准确性、处理精度和生产率优于任何其他方法。然而，光学成像技术已到了发展高分辨率成像技术的瓶颈，因为由于衍射极限，其分辨率不能短于波长。作为克服由于衍射极限引起的分辨率极限的方法之一，已经开发了具有负折射率的超材料，并且可以通过将超材料引入成像系统来获得超过衍射极限的高分辨率。同时，超材料是一种以金属或介电材料设计的单元结构(unit cell)按规则阵列排列的材料(超材料阵列)，并且是一种具有诸如在自然界中不存在的超高折射率和负折射率的特性的新概念材料。

如上所述，已经报道了可以通过使观察对象与超材料接触以放大观察对象的光学特性来观察观察对象。特别地，与可见光区域不同，在太赫兹频带中，存在许多分子的固有共振(旋转、振动、分子间和分子内)频率，该固有共振频率被称为独特的指纹图谱。通过使用超材料，即使在过去无法观察到的痕量分子中，也可以放大和观察该独特的指纹图谱。当观察到具有独特的指纹图谱的分子时，使用通过使超材料的共振频率与其频率匹配来放大信号的原理。当观察对象与超材料阵列接触并且其透射率被二维扫描时，观察对象的放大的光学特性可以作为二维图像获得。近来，还研究了对超材料的光学特性进行光学控制的方法。例如，由于超材料的光学特性对近场区域中的电荷密度敏感，因此可以通过光泵浦来增加电荷密度，从而调节穿过超材料的光的透射率。

就此而言，随着观察对象的图像的空间分辨率变高，可以更精确地观察观察对象的光学特性的空间分布。光学图像的空间分辨率受到衍射极限的限制。即使在使用超材料阵列的二维成像的情况下，由于成像光束以小于或等于衍射极限的水平同时穿过相邻的超材料，因此在小于或等于衍射极限的水平仍可能看不到空间分布。

发明内容

本发明旨在提供一种使用超材料的光学成像设备，其中，在使用超材料阵列的光学成像中，可以使用控制光束来获得成像光束相对于单个单位超材料的透射量和透射率，从而获取观察对象的具有单位超材料水平的空间分辨率的光学分析图像而与成像光束的衍射极限无关；并且本发明提供一种使用超材料的光学成像方法。

本发明的技术目的不特别地限于上述目的，并且本发明所属技术领域的技术人员从以下描述中还将清楚地理解本文中未描述的其他技术目的。