物理學(xué)院馬仁敏課題組提出獨(dú)角鯨波函數(shù)，實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)極端局域
北京大學(xué)物理學(xué)院凝聚態(tài)物理與材料物理研究所、納光電子前沿科學(xué)中心、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室馬仁敏課題組提出了獨(dú)角鯨波函數(shù)，在無(wú)損耗介電體系中實(shí)現(xiàn)了深度亞衍射極限光場(chǎng)局域，突破了納米光子學(xué)中“強(qiáng)局域必伴高損耗”的傳統(tǒng)認(rèn)知。相關(guān)成果以《奇點(diǎn)介電光子學(xué)：獨(dú)角鯨波函數(shù)實(shí)現(xiàn)亞衍射極限的納米光子學(xué)與成像》（“Singulonics: narwhal-shaped wavefunctions for sub-diffraction-limited nanophotonics and imaging”）為題發(fā)表于《光：快訊》（eLight）。
2024年，馬仁敏團(tuán)隊(duì)提出奇點(diǎn)色散方程，首次在無(wú)損耗介質(zhì)體系中建立起突破衍射極限的理論框架（Nature 632, 287—293 (2024)）。本工作進(jìn)一步揭示，這一框架能夠?qū)崿F(xiàn)極端局域的根本原因，在于一類此前未知的電磁場(chǎng)本征模式——獨(dú)角鯨波函數(shù)（圖1）。該模式同時(shí)具備局部?jī)缏稍鰪?qiáng)與全局指數(shù)衰減，形成了特殊的混合型場(chǎng)分布，使電磁場(chǎng)在整個(gè)空間范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)超傳統(tǒng)極限的聚焦與壓縮。
圖1 獨(dú)角鯨波函數(shù)融合了局部?jī)缏稍鰪?qiáng)與全局指數(shù)衰減的混合特性，使光場(chǎng)在無(wú)耗散條件下實(shí)現(xiàn)突破傳統(tǒng)極限的強(qiáng)烈聚焦與壓縮
基于這一物理機(jī)制，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了三維奇點(diǎn)介電諧振腔，在三個(gè)維度同時(shí)實(shí)現(xiàn)亞衍射極限的電磁場(chǎng)局域達(dá)到5×10?? λ3的超小模式體積（圖2）。
圖2 轉(zhuǎn)角諧振腔和奇點(diǎn)介電諧振腔光場(chǎng)分布的對(duì)比
依托獨(dú)角鯨波函數(shù)的極端局域特性，課題組進(jìn)一步發(fā)展了新型近場(chǎng)掃描顯微技術(shù)——奇點(diǎn)光學(xué)顯微鏡。實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了λ/1000的空間分辨率，并成功對(duì)任意深亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)（如“PKU”與 “SFM”圖案）完成高分辨掃描成像（圖3），展示了其在超分辨光學(xué)檢測(cè)和成像方面的潛在應(yīng)用。
圖3 奇點(diǎn)光學(xué)顯微鏡實(shí)現(xiàn)了λ/1000量級(jí)的成像空間分辨率
約翰霍普金斯大學(xué)Jacob Khurgin教授以《如何籠住獨(dú)角獸——將光束縛于極微空間》（“How to cage a unicorn—confining light in a tiny volume”）為題撰寫(xiě)專題評(píng)述，指出該研究“拓展了我們對(duì)極端光場(chǎng)局域的理解，并在該方向上邁出了重要一步。”
北京大學(xué)物理學(xué)院2021級(jí)博士研究生毛文志和博雅博士后欒弘義為論文共同第一作者，馬仁敏為通訊作者。上述研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。
本文鏈接：http://www.albanygandhi.com/news-3-4549.html物理學(xué)院馬仁敏課題組提出獨(dú)角鯨波函數(shù)，實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)極端局域
聲明：本網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容由互聯(lián)網(wǎng)博主自發(fā)貢獻(xiàn)，不代表本站觀點(diǎn)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任。天上不會(huì)到餡餅，請(qǐng)大家謹(jǐn)防詐騙！若有侵權(quán)等問(wèn)題請(qǐng)及時(shí)與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將在第一時(shí)間刪除處理。
