突破衍射極限的光子聚束效應(yīng).pdf

1、在經(jīng)典光學(xué)中,一束光會(huì)聚成的光斑大小最終受衍射極限的限制。突破經(jīng)典衍射極限從而得到更小的會(huì)聚斑點(diǎn)對(duì)光學(xué)刻錄,大規(guī)模光學(xué)存儲(chǔ)器,集成電路設(shè)計(jì)以及高分辨率成像有極其重要的意義。在最近的十年中,理論和實(shí)驗(yàn)研究都證明了熱光光源可以產(chǎn)生與糾纏的雙光子源類似的量子效應(yīng),比如:鬼干涉,鬼成像以及亞波長(zhǎng)干涉。這些效應(yīng)涉及到熱光的空間強(qiáng)度關(guān)聯(lián)。在這些效應(yīng)中,雙縫的亞波長(zhǎng)干涉為突破瑞利衍射極限提供了可能性。在早期的亞波長(zhǎng)干涉實(shí)驗(yàn)中,只能在兩個(gè)探測(cè)器沿相反方

2、向移動(dòng)的情況下才能觀察到亞波長(zhǎng)干涉圖樣。而且測(cè)量高階強(qiáng)度關(guān)聯(lián)可以提高可見度和分辨率。與雙光子糾纏源不同的是,由于兩個(gè)探測(cè)器是分開的,這種方案不能應(yīng)用于雙光子刻錄技術(shù)。最近,提出了一種實(shí)驗(yàn)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)熱光的雙光子刻錄,方案的核心在于將一束光的波前反轉(zhuǎn)然后與另一束光相互疊加,進(jìn)行同一位置的雙光子測(cè)量即可得到亞波長(zhǎng)干涉條紋。
　　在N光子過(guò)程中,N光子的衍射極限是經(jīng)典衍射極限的N倍。因此,與經(jīng)典方案比較,利用N光子關(guān)聯(lián)應(yīng)可獲得更為精細(xì)的會(huì)

3、聚斑點(diǎn)。本課題擬采用N光子關(guān)聯(lián)的聚束效應(yīng),改善光學(xué)刻錄的精度。本文擬采用理論實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式進(jìn)行研究。理論上,根據(jù)熱光關(guān)聯(lián)的共軛關(guān)系,設(shè)計(jì)理論模型,分析系統(tǒng)的多光子關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu),探索N光子聚束效應(yīng)的最佳方案。在實(shí)驗(yàn)上,設(shè)計(jì)一種新的熱光干涉儀,兩束光分別使用直角反射鏡將其波前相位反轉(zhuǎn),并將反轉(zhuǎn)后的兩束光相互疊加,由探測(cè)器接收,在此干涉儀的基礎(chǔ)上,研究大孔徑光束照射時(shí),探測(cè)平面的光斑分布。使用二元光學(xué)元件或透鏡超越瑞利衍射極限要依賴于特殊材料制

4、作的元件的良好設(shè)計(jì),并且只適用于近場(chǎng),而本文的實(shí)驗(yàn)裝置中沒(méi)有使用二元光學(xué)元件和透鏡。由于熱光關(guān)聯(lián)的共軛效應(yīng),相互干涉光場(chǎng)的二次相位因子相互抵消,探測(cè)平面上會(huì)得到亞波長(zhǎng)光斑。而且在近軸近似下,不論是近場(chǎng)還是遠(yuǎn)場(chǎng)都會(huì)得到光斑。本文通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)手段分析本方案所獲得光斑與透鏡焦點(diǎn)之間的關(guān)系。這種非相干干涉儀可以得到亞波長(zhǎng)干涉條紋,從而使熱光的亞波長(zhǎng)干涉可以應(yīng)用于雙光子刻錄。此種干涉儀的兩束光在強(qiáng)度關(guān)聯(lián)上可以得到一光斑,并且傳輸距離越遠(yuǎn),光斑越