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纳米结构化光场的新测量方法：将纳米光学与有机化学结合起来！

2019 年 9 月 21 日 IntelligentThings
导读

据德国明斯特大学官网近日报道，该校研究人员成功开发出一项纳米层析成像技术，它能够检测到透镜聚集处纳米结构场的一般不可见特性，而无需任何复杂的分析算法或者数据后期处理。


背景


与普通光源相比，激光具有单色性好，亮度高，方向性好等优势，因此也称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”，是20世纪人类的重大发明之一。


各种色彩的激光（图片来源：维基百科）


如今，“结构化的激光”已经开辟了各种不同的应用领域。它不仅可以带来精准的材料加工、捕获、操控，还可以定义小型粒子或者细胞间隔的运动，以及增加新一代智能计算的带宽。


如果这些光结构通过透镜紧密聚焦，就像将放大镜用作取火镜，高度集中的三维光景观将形成一定形状，在某些特定应用中促使分辨率显著提升。这些光景观为获得诺贝尔奖的开拓性应用“受激发射损耗显微术（STED microscopy）”铺平了道路。


然而，因为紧密聚焦形成的成分对于普通测量技术来说是不可见的，所以这些纳米场本身还是无法测量的。迄今为止，缺乏适当的计量方法，阻碍了纳米结构化光景观取得突破并成为材料加工、光学镊子（可用于捕获粒子、原子、病毒和其他活细胞）或者高分辨率成像的一种工具。


光学镊子示意图与系统模型（图片来源：参考资料【1】）


创新


近日，德国明斯特大学应用物理研究所教授、物理学家 Cornelia Denz 博士和软纳米科学中心教授、化学家 Bart Jan Ravoo 博士成功开发出一项纳米层析成像技术，它能够检测到透镜聚焦处纳米结构场的一般不可见特性，而无需任何复杂的分析算法或者数据后期处理。


有机单分子层放置在聚焦的光场中，并响应这种荧光照射，嵌入关于不可见特性的所有信息。（图片来源：Pascal Runde）


这项研究已经发表在《自然通讯（Nature Communications）》上。


技术


为此，团队将他们在纳米光学与有机化学领域的知识结合起来，实现了一种基于有机分子单层的方案。这个单分子层被放置在聚焦的光场中，并对荧光照射作出响应，嵌入所有关于不可见特性的信息。


检测非傍轴光场的概念（图片来源：参考资料【2】）

通过紧密聚焦的定制矢量场实现的定制非傍轴光场的数值。（图片来源：参考资料【2】）