中科院物理所開發(fā)出新的超分辨激發(fā)和成像方法

作者： 2018年05月23日 來源：全球化工設(shè)備網(wǎng) 瀏覽量：
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【中國化工儀器網(wǎng)行業(yè)動態(tài)】光的衍射極限限制了常規(guī)光學(xué)成像的分辨率和介質(zhì)光子器件的尺寸，將對光的操控和利用制約在波長水平；而金屬納米結(jié)構(gòu)的表面等離激元可以將光場束縛在納米結(jié)構(gòu)表面，使突破衍射極限的納米尺
　　【中國化工儀器網(wǎng) 行業(yè)動態(tài)】光的衍射極限限制了常規(guī)光學(xué)成像的分辨率和介質(zhì)光子器件的尺寸，將對光的操控和利用制約在波長水平；而金屬納米結(jié)構(gòu)的表面等離激元可以將光場束縛在納米結(jié)構(gòu)表面，使突破衍射極限的納米尺度光操控成為可能。
 
　　金屬納米線不僅具有顯著的局域電磁場增強(qiáng)效應(yīng)，可以在納米尺度上增強(qiáng)光與原子、分子、量子點、色心等納米量子光源的相互作用，同時還支持傳輸?shù)谋砻娴入x激元模式，可作為等離激元納米波導(dǎo)實現(xiàn)亞波長束縛的光信號傳輸，是構(gòu)建片上納米光子回路的基本元件。
 
　　金屬納米線與單個納米量子光源的耦合可以實現(xiàn)單個量子化的表面等離激元的產(chǎn)生和傳輸，對該體系的研究對深入認(rèn)識單光子水平上光與物質(zhì)相互作用的基本物理和設(shè)計納米量子光子器件都具有重要意義。集成在金屬納米線上的多個納米量子光源可以通過表面等離激元發(fā)生相互作用，產(chǎn)生新的光學(xué)現(xiàn)象，如協(xié)同輻射和量子糾纏。當(dāng)納米光源之間的距離達(dá)到亞波長尺度時，光學(xué)顯微鏡的分辨率限制了對金屬納米線上的多個納米光源進(jìn)行超分辨成像和超分辨可控激發(fā)，阻礙了相關(guān)實驗的進(jìn)展。
 
　　針對上述問題，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心納米物理與器件實驗室副研究員魏紅及其合作者設(shè)計了一種利用金屬納米線上的表面等離激元干涉場作為激發(fā)源的超分辨激發(fā)和成像方法。由于表面等離激元干涉條紋的周期遠(yuǎn)小于激發(fā)光波長，這種方法具有突破衍射極限的光學(xué)分辨率。銀納米線上的傳輸表面等離激元與局域表面等離激元的干涉形成“之”字形分布的電場，反向傳輸?shù)膬墒砻娴入x激元干涉形成周期性對稱分布的電場。通過調(diào)控兩束激發(fā)光之間的相位差，上述兩種等離激元干涉場的分布都沿著納米線移動，使納米線上的量子點處的電場強(qiáng)度發(fā)生變化，從而可以調(diào)控量子點的激發(fā)。
 
　　利用該方法可以實現(xiàn)對相距幾十納米的兩個量子點的選擇性激發(fā)，實驗中通過對相距100nm的兩個量子點的選擇性激發(fā)演示了該技術(shù)的可行性。研究人員將結(jié)構(gòu)照明顯微成像技術(shù)與金屬納米線上的表面等離激元干涉場相結(jié)合，利用模擬計算實現(xiàn)了對多個量子點的超分辨光學(xué)成像，分辨率約為96nm。該工作為研究和表征等離激元納米波導(dǎo)與多個納米量子光源耦合體系的光學(xué)特性提供了一種實驗方法，對深入認(rèn)識納米尺度上表面等離激元增強(qiáng)的光與物質(zhì)相互作用的機(jī)理和規(guī)律、設(shè)計基于表面等離激元的納米/量子光子器件和回路等具有重要意義。
 
　　相關(guān)研究成果發(fā)表在Nano Letters上。該研究得到了中科院、國家自然科學(xué)基金委和科技部的資助。
 
　　論文鏈接
 
圖1.利用銀納米線表面等離激元實現(xiàn)對量子點的可控激發(fā)
 
圖2.利用銀納米線表面等離激元選擇性激發(fā)兩個相距100nm的量子點中的任意一個
 
　　圖3.將表面等離激元干涉場用于結(jié)構(gòu)照明顯微成像技術(shù)實現(xiàn)對多個量子點的超分辨光學(xué)成像
 
　　圖4.金屬納米線中表面等離激元傳輸?shù)氖疽鈭D、表面等離激元模式色散關(guān)系的示意圖以及三個研究方向
 
　　(原標(biāo)題：物理所利用表面等離激元首次實現(xiàn)單個量子光源的超分辨選擇性激發(fā)和成像)
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