[发明专利]一种宽带远场超分辨成像装置

摘要

本发明公开了一种宽带远场超分辨成像装置，本发明通过在近无色散、宽带、衍射受限成像系统中，引入无色散的波前调制模块，实现局域视场范围内的超分辨成像，并利用扫描视场光阑的方式实现大视场超分辨成像。本发明成像装置包括：物镜模块、中继成像模块、用于调制光场相位振幅的波前调制模块。本发明在望远、显微、存储等追求极限分辨能力的光学应用领域具有重要应用前景。

主权项

1.一种宽带远场超分辨成像装置，其特征在于：该成像装置自左向右沿光线入射方向依次包括：物镜模块(1)、视场光阑(2)、中继成像模块(3)、波前调制模块(4)和CCD探测器(5)，波前调制模块(4)用于调制光场相位和/或振幅，所述的波前调制模块(4)放置于物镜模块(1)和中继成像模块(3)组合系统的后端出瞳面位置，波前调制模块(4)的有效口径位置和尺寸与出瞳面重合；其中：所述的波前调制模块(4)包括下述之一：0/π二元位相波前调制模块、0～2π连续位相波前调制模块、0/1振幅波前调制模块、0～1连续振幅波前调制模块，或者是0/π二元位相波前调制模块、0～2π连续位相波前调制模块任一与0/1振幅波前调制模块、0～1连续振幅波前调制模块任一的组合；所述的0/π二元位相波前调制模块，自左到右沿光线入射方向，包含器件依次为，宽带线偏振起偏器、0/π二元位相波前调制模块的亚波长表面结构器件、宽带线偏振检偏器，所述宽带线偏振起偏器与宽带线偏振检偏器的偏振方向相互垂直；所述0/π二元位相波前调制模块的亚波长表面结构器件为基于亚波长结构的光学平板元件，其中一个元件表面分为多个环形区域，每个区域均制作了特定方向的金属光栅连续结构，相邻环形区域的光栅方向相互垂直；所有光栅周期相同，且小于最短工作波长；宽带线偏振起偏器偏振方向与光栅线条方向夹角为45°或135°；所述0～2π连续位相波前调制模块，自左到右沿光线入射方向，包含器件依次为，宽带圆偏振起偏器、0～2π连续位相波前调制模块的亚波长表面结构器件、宽带圆偏振检偏器，所述宽带圆偏振起偏器与宽带圆偏振检偏器的圆偏振方向相反；所述0～2π连续位相波前调制模块的亚波长表面结构器件为基于亚波长结构的光学平板元件，其中一个元件表面分为多个环形区域，每个区域均制作了相同周期和方向的金属纳米线或金属纳米缝，周期小于最短工作波长，纳米线方向与所需位相调制值成2倍线性关系；所述的0/1二元振幅波前调制模块，光学平板元件一个表面分为多个环形区域，交替为与工作波长范围配套的透射和不透射膜层材料；所述0～1连续振幅波前调制模块，自左到右沿光线入射方向，包含器件依次为，宽带线偏振起偏器、0～1连续振幅波前调制模块的亚波长表面结构器件；所述0～1连续振幅波前调制模块的亚波长表面结构器件为基于亚波长结构的光学平板元件，其中一个元件表面分为多个环形区域，每个区域均为相同周期金属光栅结构，光栅周期小于最短工作波长，其中光透射率正比于光栅方向与宽带线偏振起偏器方向夹角的余弦平方函数；所述的0～1连续振幅波前调制模块的亚波长表面结构器件，采用倾斜光路或者在光路中引入半透半反镜片，还能够工作在反射模式，此时振幅调制效果与透射模式相反。