我利用光学天线实现亚纳米位移的光学测量

科技日报记者 吴长锋

记者从中国科学技术大学获悉，该校微纳光学与技术课题组鲁拥华副教授和王沛教授在纳米位移光学测量研究方面取得重要进展，他们利用光学天线与空间结构光场相互作用实现了亚纳米位移的测量，研究成果日前发表于国际知名物理学期刊《物理评论快报》上。

光学天线与光场相互作用的示意图

光学方法进行位移的精密测量具有精度高、非接触等特点，基于光场相干性进行纵向位移测量可以实现激光雷达、激光测距、微小震动测量等，在科学研究和工业生产中已经产生了重要而广泛的影响。然而，对于垂直于光束方向的横向位移，常规的激光干涉方法无法进行有效的感知。

该课题组一直从事微纳光子学、表面等离激元光学、光场调控研究。在前期工作的基础上，科研人员设计了一种耦合光学天线，利用非均匀空间结构光与光学天线的相互作用，实现对金属表面等离激元的非对称激发。在分析光学天线的近场耦合及其与金属表面等离激元的相互作用规律基础上，研究发现，表面等离激元的非对称分布与作用于光学天线上的激发光场分布具有强烈的依赖。在此基础上，通过泄漏辐射成像方法测量表面等离激元的非对称性实现了横向位移的高精度测量。实验研究表明：横向位移的测量灵敏度和精度可以达到亚纳米量级。

这项成果提出的横向纳米位移测量方法，将有望在高分辨光学成像、半导体加工、精密对准等方面得到应用。