[发明专利]一种超临界透镜及超分辨率成像系统

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及光学透镜技术领域，具体而言，涉及一种超临界透镜及超分辨率成像系统。

背景技术

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。

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。

发明内容

为解决上述问题，本发明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。

第一方面，本发明实施例提供了一种超临界透镜，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。

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：

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。

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。

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。

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；

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。

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。

第二方面，本发明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。

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；

所述光源用于发出成像光线；