科学家已经开发出可以测量纳米尺度的光学尺

1、 新加坡南洋理工大学(新加坡南洋理工大学)的科学家们开发了一种在纳米尺度上测量距离的新方法——一纳米是一米使用光的十亿分之一。

2、 使用光观察物体的设备，如显微镜，基于物理定律有基本的局限性，这是它们的分辨能力。

3、 光学器件能够可靠成像的最小距离等于所用光波长的一半，这被称为“衍射极限”。

4、 因此，衍射极限高于400纳米，约为近红外光波长的一半。这大约是人类头发宽度(100微米)的250倍。

5、 然而，因为科学家对观察微小物体感兴趣，比如病毒和纳米粒子，它们的粒径在10到100纳米之间，所以400纳米的光学分辨率是不够的。

6、 目前，间接或非光学方法，如扫描电子显微镜，被用于纳米级测量，这并不总是可行的，可能很耗时，并且需要昂贵的设备来操作。

7、 然而，NTU物理与数学科学学院的尼古拉哲鲁德夫教授和袁光辉博士在《科学》杂志上发表的一项发现描述了一种新的光学方法，可以测量纳米的位移——用近红外光直接测量的最小距离。

8、 他们的理论计算表明，基于这种方法的设备最终可以测量低至光波长1/4000的距离，这大致相当于单个原子的大小。

9、 他们的成就是通过使用100纳米厚的金膜实现的，在金膜上切割了10，000多个微小的狭缝来衍射激光，并利用了一种被称为“超振荡”的光学现象。

10、 超振荡的概念最早出现在20世纪80年代，由以色列物理学家亚克阿哈诺夫研究量子物理，后由英国物理学家白睿文推广到光学等领域。当光波中的“亚波长”比光波本身振荡得快时，就会发生超振荡。

11、 这是如何工作的？

12、 “我们的设备概念非常简单，”新加坡光子研究所破坏性光子技术中心()博士后研究员袁博士说。“它通过精确的狭缝图案工作。图案中有两种类型的狭缝，它们彼此成直角。当偏振激光照射金膜时，会产生极其干扰的图案。微小的特征，远小于光的波长。”

13、 这种偏振光从哲鲁德夫和袁的装置中散射后，产生两束交叉偏振光束：一束是快速相变的超振荡干涉图，另一束是探测超振荡场相位的参考波。

14、 从这个阶段，我们可以计算出超振荡的梯度，或者说“局域波矢量”，它的宽度极窄(比衍射极限窄400倍)，因此可以作为高分辨率的光学标尺。

15、 NTU科学家必须克服的障碍是，这些最小的超振动不会出现在光波的振幅中，而是出现在它们的相位中。为了绘制光场的相位图，科学家必须设计一种特殊的技术，可以比较不同激光偏振态产生的强度。

16、 “这种相位敏感技术是对以前使用超振荡进行光学测量的尝试的重大改进，”NTU光子学研究所联合所长哲鲁德夫教授说。

17、 “我们和其他人开发的早期方法使用了一类与强度相对应的超强振荡的局部‘热点’。热点的优点是容易被发现。但是，如果目标是测量尽可能短的距离，相位超杀头更合适，因为它们的尺寸更小。”

18、 未来的应用。

19、 哲鲁德夫教授也是英国南安普顿大学光电研究中心的联合主任，他说他们的发现可能会应用于工业：

20、 “这种光学测量方法在未来将非常有用，例如电子产品的制造和质量控制，这需要极其精确的光学测量，并监控纳米器件本身的完整性。”

21、 未来，该团队的目标是利用光纤开发其设备的紧凑版本，并将这一技术商业化，成为一种新型的超精密光学尺，这将有利于先进的制造工艺，如半导体制造和光电器件，这些都是电信行业的支柱。

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