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研究利用超表面實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)納米位移的光學(xué)感測
作者：王敏 來源：中國科學(xué)報
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中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)光電子科學(xué)與技術(shù)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室微納光學(xué)與技術(shù)課題組教授王沛和副教授魯擁華在精密位移的光學(xué)感測研究方面取得新進(jìn)展，設(shè)計(jì)了一種光學(xué)超表面，將二維平面的位移信息映射為雙通道偏光干涉的光強(qiáng)變化，實(shí)現(xiàn)了平面內(nèi)任意移動軌跡的大量程、高精度的非接觸感測。1月10日，研究成果在線發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》。
納米級長度和位移測量是光學(xué)精密測量領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)研究課題，在半導(dǎo)體疊對誤差測量、精密對準(zhǔn)與跟蹤等方面具有關(guān)鍵作用。傳統(tǒng)的光學(xué)干涉儀雖然可以實(shí)現(xiàn)納米及亞納米的測量精度，但系統(tǒng)復(fù)雜、易受環(huán)境干擾。近年來，王沛、魯擁華課題組基于微納結(jié)構(gòu)光場調(diào)控技術(shù)發(fā)展出了一些位移感測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了亞納米的測量精度。但是這些一維位移測量技術(shù)在跟蹤面內(nèi)移動的應(yīng)用中需要克服裝配誤差，限制了測量的穩(wěn)定性和可靠性。
為此，課題組進(jìn)一步提出了一種基于超表面光場調(diào)控的二維位移精密測量的光學(xué)新技術(shù)。他們設(shè)計(jì)了一種超表面，不僅可以實(shí)現(xiàn)二維的光學(xué)衍射，且能夠同時定制每個衍射級次光場的偏振態(tài)，利用不同衍射級次組合的雙通道偏光干涉，同時記錄二維平面內(nèi)的任意位移。通過相位解算算法從雙通道偏光干涉光強(qiáng)中獲得高精度、大量程的二維位移信息。實(shí)驗(yàn)證明該位移測量技術(shù)的精度可以達(dá)到0.3納米，測量量程達(dá)到200微米以上。
研究人員介紹，該技術(shù)能夠同時測得二維位移信息，可有效被用于跟蹤二維平面內(nèi)的任意復(fù)雜運(yùn)動。課題組相關(guān)研究工作拓展了光學(xué)超表面的應(yīng)用領(lǐng)域，提升了精密位移光學(xué)傳感技術(shù)的可靠性和集成度，展示了超表面光場調(diào)控能力對傳統(tǒng)光學(xué)技術(shù)的賦能作用。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.adk2265
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