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本文摘要:最近,中科院化学系生物工程智能接口科学中心有机纳米光子学研究所的研究小组在光学界顶峰杂志《LaserPhotonicsReview》上发表了论文[Laserphoton]。

最近,中科院化学系生物工程智能接口科学中心有机纳米光子学研究所的研究小组在光学界顶峰杂志《LaserPhotonicsReview》上发表了论文[Laserphoton]。正式公布了REV.10 (4)、665-672 (2016)、Three-Dimes。博士研究生赵源是本文的第一作者,郑美龄副研究员和丹鲜明研究院是联合通信作家。本论文利用纳米大小的三维打印机技术,利用超强散射多光子平写加工技术,制作了只有人类头发直径1/2的聚合物3D Luneburg镜片装置,首次将真正的3D Luneburg镜片的工作带从微波推进到光波带。

对3D Luneburg镜片的研究从宏观微波领域向光学领域迈出了坚实的一步。该研究结果将进一步加强微光学和转换光学的发展,并关闭纳米设备领域纳米三维打印机技术的新应用。论文被选为《LaserPhotonicsReview》 2016年第10卷第4期封面论文(FrontCoverArticle,链接)。《LaserPhotonicsReview》是报道激光物理及光子学领域最近理论及实验研究进展的双月出版刊物,每期只公开2 ~ 3篇应编辑邀请撰写的综合论文。

该杂志从2013年开始少量高水平研究原创文章,每年文章数67篇,SCI被列入Top 1区,是光子学领域第二大飞秒激光制造的微尺度光带Luneburg镜片及其研究光场的密切相关分析结果,近年来,光学领域因一系列新成就而备受关注。其中之一是获得快速发展的梯度折射率光学(Gradientindexoptics)。

渐变折射率光学研究对象均匀分布折射率介质的光学现象。非均匀分布介质中发生的光学现象是自然界中普遍存在的客观物理现象。

从公元100年前开始,仔细观察海市蜃楼、沙漠新川等奇异景象,是大气折射率局部不均匀分布变化导致地面景色反射的奇异景象。通过对这种自然现象的密切观察和研究,人们逐渐意识到材料折射率的非均匀分布会导致均匀分布介质中不可见的光学性能。1944年,卢尼堡(R.K.Luneburg)明确提出了旧平面折射率交错的旧镜片模型,n(r)=[2-(r/R)2]1/2,其折射率来自中心方向。

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2的径向越来越大,入射光进入Luneburg镜片的平行光线可以对球面上的一点进行不好的讨论,因此Luneburg镜片可以进行不自卑的理想光学或理想讨论。(威廉莎士比亚,Northern Exposure(美国电视),)传统的球形镜片不存在,就像劣等的存在一样,因此不能创造光的理想讨论。

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国内外关于交错折射率(GRIN)材料Luneburg镜片的研究结果已经报道,但仍然没有很多问题需要解决。目前报道的以微纳结构的交错折射率光学为基础的Luneburg镜片研究及实验构建主要集中在二维或三维(柱平面)结构上,与潜力相比没有开发出来。因为点光源接收方波,所以为了构建准确的理想光学,并实际利用Luneburg镜片的宽广视野功能,设计、制作和研究光学波段的准确三维Luneburg镜片是合适的。

但是,目前报道的GRIN光学Luneburg镜片的制造技术主要基于平面零件加工技术,如标准电子束光刻和离子束光刻,光波段无法制造实际的三维折射率零件。多光子激光平面写入加工技术是一种低成本、低速、高精度的三维微或结构制造技术,它打破了光学散射的无限允许,将光反应区域限制在光斑焦点大的三维空间(~l3)内,构建给定的简单三维微或光子结构的加工。当微拉光子结构的结构大小几乎大于波长时,即在超英才区域时,光子结构可以被认为是具有一定折射率的等效介质。

在微或结构上调整不同方向的频率或周期长度,可以获得简单的GRIN介质。2010年,Wegner课题组在聚合物结构上通过激光构建了1.5-2.6毫米波长范围的三维伪装地毯结构。在这项工作的启发下,化学和研究小组利用飞秒激光设计和加工了基于交错介质超强材料的三维光波Luneburg镜片,COMSOL建模结果显示,工作波段(6毫米)位于中红外波段。

在此基础上,相关实验检查工作正在积极进行,利用德国Neaspec的近场光学显微镜(SNOM),将三维Luneburg镜片在平面波入射光中讨论的性质密切相关。测量的广场强度展示并验证了只有1/2的半低(FWHM)的光斑形式。

以多光子激光平片加工技术为基础,近年来该研究组采用高分辨率三维水凝胶结构(J.Mater.Chem.B2,4318-4323,2014;3,8486-8491,2015)、手性对齐超英材料(Appl.Phys.Lett.104,01108,2014)、低渗透率有序金属网状半透明电极结构(Appl)研究工作相关科学技术部纳米研究根本研究计划(973)。


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