Optical Hyperlens: Far-field imaging beyond the diffraction limit
提出了一种超越衍射极限的远场光学成像方法。所提出的系统允许图像放大，相对于材料损耗是鲁棒的，并且可以通过在圆柱形几何形状中调整现有的超材料技术来制造。
2006-07-31 physics.optics
Complex far fields and optical singularities due to propagation beyond tight focusing: combined effects of wavefront curvature and aperture diffraction
本文通过模拟与实验研究紧聚焦后准直过程中波前曲率与孔径衍射共同导致的复杂远场和光学奇点，证明这些偏差本身具有基础光学研究价值，并提出减少偏差的方法及未来研究方向。
2024-06-06 physics.optics
Fourier-component engineering to control light diffraction beyond subwavelength limit
在传统的衍射理论中，亚波长周期被认为是实现有趣的共振辅助物理现象的先决条件，例如连续谱中的束缚态和具有$100\%$衍射效率的各种零级光谱响应。在这里，我们提出了修改后的衍射方程，提供机制来控制光衍射超过亚波长的限制。我们表明，共振衍射现象是由散射过程的叠加，由于更高的傅立叶谐波分量。通过适当地设计光栅参数中的傅里叶谐波分量，可以抑制不想要的衍射级。此外，在亚波长极限之外，可以实现连续谱中的束缚态和高效的零级光谱响应。周期调制中的工程傅立叶谐波分量的概念提供了克服衍射极限的新机制。
2021-04-05 physics.optics
Precise and diffraction-limited waveguide-to-free-space focusing gratings
我们提出了波导光栅器件的设计和表征，该器件将来自单模、高折射率对比度介质波导的$λ=674$ nm处的可见波长光耦合到自由空间光束，从而在距光栅设计的距离和角度处形成微米级衍射极限光斑。鉴于在空间选择性光学寻址的应用，并在以前的工作中类似的设备，从主高斯瓣$25$微米的焦点和下降到$5\times10^{-6}$水平的相对强度的偏差的特点，以及，我们表明，沿一维这些弱旁瓣的强度接近所施加的限制衍射从有限的领域范围内的光栅区域。此外，我们的特点在焦点区域的偏振纯度，观察在焦点的中心低杂质$< 3 \times 10^{-4}$的相对强度。我们的方法允许快速、直观地设计具有这种性能的器件，其可以应用于捕获离子量子信息处理中，并且通常应用于需要从芯片表面到10 s-100 s微米的对象的光学路由的任何系统中，但是受益于平面制造的电介质集成光学器件的平行度和密度。
2017-05-09 physics.optics
Takagi-Taupin Description of X-ray Dynamical Diffraction from Diffractive Optics with Large Numerical Aperture
我们提出了一个形式主义的X射线动态衍射从体衍射光学与大数值孔径和高纵横比，在一个类似的Takagi-Taupin方程的应变单晶。本文导出了体衍射光学系统的动态衍射基本方程组，使我们能够研究具有不同光栅轮廓的体衍射光学系统的聚焦特性。我们研究了满足布拉格条件的不同程度的体衍射光学，即平面，倾斜和楔形几何形状，并推导出最终聚焦所需的弯曲几何形状。我们表明，弯曲的几何形状满足布拉格条件无处不在和相位点聚焦的要求，并有效地聚焦硬X射线的尺度接近的波长。
2007-04-30 physics.class-ph physics.optics
Focusing and Diffraction of Light by Periodic Si Micropyramidal Arrays
该研究通过周期性与完全匹配层两类边界条件建模硅微金字塔，分别揭示 Talbot 效应和单结构聚光机制，并确定增强光子纳米射流强度的最优几何参数。
2023-09-26 physics.optics
Interscale Mixing Microscopy: far field imaging beyond the diffraction limit
我们提出了一个分析描述和实验实现的尺度间混合显微镜，基于衍射的成像技术，能够检测波长/10的物体在远场测量相干和非相干宽带光。该方法的目的是基于物体和有限衍射光栅产生的干涉的远场测量来恢复由亚波长物体衍射的光的空间光谱。分析多个衍射级的单个测量通常足以确定物体的参数。所提出的形式主义打开了大门，在远场的纳米级物体的光谱。
2016-04-18 physics.optics
On a link between kernel mean maps and Fraunhofer diffraction, with an application to super-resolution beyond the diffraction limit
我们建立了傅立叶光学和最近从机器学习社区称为内核平均映射的建设之间的联系。使用Fraunhofer近似，它识别与孔径的平方傅里叶变换的内核。这允许我们使用关于核平均图的可逆性的结果来提供关于夫琅禾费衍射的可逆性的陈述，表明具有任意小孔径的成像过程原则上可以是可逆的，即，不丢失信息，只要要成像的对象满足一般条件。一个真实世界的实验表明，我们可以超分辨率超过瑞利极限。
2013-03-01 physics.optics stat.ML
Particle manipulation beyond the diffraction limit using structured super-oscillating light beams
由透镜聚焦的光的衍射极限分辨率由Ernst Abbe在1873年导出。后来在1952年，提出了一种通过调制聚焦光束的波前来获得亚衍射光斑的方法。在相关的发展中，超振荡函数，即局部振荡快于其最高傅立叶分量的带限函数，被引入并实验应用于超分辨率显微镜。到目前为止，仅使用简单的类高斯子衍射点。在这里，我们表明，这些子衍射点的振幅和相位分布可以任意控制。特别地，我们利用厄米-高斯，拉盖尔-高斯和艾里函数来构造具有亚衍射瓣的超振荡光束。然后，这些结构化的光束用于纳米尺寸颗粒的高分辨率捕获和操纵。捕获潜力提供了前所未有的定位精度和刚度，大大超过了标准衍射限制光束所提供的。
2017-02-20 physics.optics
Coherent microscopy at resolution beyond diffraction limit using post-experimental data extrapolation
常规的显微镜记录表示强度分布，由此局部样本信息被映射到检测器处的局部信息上。在相干显微镜中，波的叠加原理成立;场的振幅增加，而不是强度。这种非局部表示在空间中展开，并且干扰信息与波连续性相结合允许超出实际检测到的数据的外推。建立的分辨率标准，从而规避和隐藏的对象的细节可以追溯恢复从一个干涉图案的一小部分。
2013-11-11 physics.optics
Beyond the diffraction limit via optical amplification
在之前的文章中，我们提出了一种克服望远镜衍射极限的方法。我们参考了理论和最近的数值模拟，并测试是否确实有可能使用光子放大来提高望远镜或显微镜的角分辨率超过衍射极限。一个重要的补充是，建议选择受激光子与自发光子之比高于平均值的事件。我们发现，放大器增益为200时，如果分析仅限于入射天文光子的十分之一，则望远镜的衍射极限将超过10倍。对于百分之一的光子，70的增益就足够了。
2016-04-23 astro-ph.IM physics.optics
Image cloning beyond diffraction based on coherent population trapping in a hot Rubidium vapor
该研究实验验证了热铷蒸气中利用CPT效应将字母图像由耦合场转移至探测场，并实现无通常衍射传输，为图像计量、处理和生物成像提供新机制。
2013-12-06 physics.optics quant-ph
Theory of optical imaging beyond the diffraction limit with a far-field superlens
最近的理论和实验研究表明，成像的分辨率远远超过衍射极限，可以获得所谓的超透镜。然而，由这种超透镜形成的图像仅在近场中，或者远离透镜的波长的一部分。本文提出了一种远场超透镜（FSL）器件，它是由一个具有周期性双折射的平面超透镜构成。我们在理论上表明，当一个对象被放置在这样的FSL的紧密接近，一个独特的图像可以在远场形成。作为一个例子，我们用数值方法证明，使用适当设计的工作在376 nm波长的FSL，可以从远场数据中获得具有30 nm间隙的40 nm线的图像。
2006-01-21 physics.optics
The omnidirectional receiver for UWOC systems based on the diffractive deep neural network
在水下无线光通信系统中，链路对准是一个棘手的问题。近年来，衍射深度神经网络（D2 NN）在完成全光学任务方面表现出了巨大的潜力。本文首先提出了一种基于7层D2 NN的全向接收机，以缓解UWOC系统中的链路对准困难。此外，将矢量衍射理论引入到D2神经网络的训练中，与传统的标量衍射理论相比，得到了更精确的衍射计算。仿真结果验证了矢量衍射理论的正确性，并表明该方法可以将倾角为0 ~ 89 °的入射光波聚焦在探测平面6.25%的区域内，平均聚焦效率为90.96%，证明了在接收端实现全向聚焦的可行性。额外的模拟进一步表明，更多的层不会导致持续的性能改善，而是达到瓶颈，并且D2 NN可以在一定范围内实现全方位聚焦。随着更多的努力，所提出的接收机设计，它可以高度集成的检测器，持有承诺，实现全向和可靠的链路建立在UWOC系统在未来。
2022-12-15 physics.optics
Degenerate high-order hybrid bound states in the continuum beyond diffraction limit
University College London（伦敦大学学院）
该研究在具有C₆ᵥ对称性的周期光子结构中，于衍射极限之上，通过结合对称性保护、二次带简并与参数调谐，实现了具有高阶拓扑电荷的简并混合连续谱束缚态（BICs），揭示了其新机制并为相关领域开辟了机遇。
2026-08-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
High Performance Atomically Thin Flat Lenses
我们的实验表明，具有7 μ m的厚度，这对应于材料的厚度的基本物理限制，是在一个大面积，单层，CVD制备的钨硫族化合物单晶使用低成本的灵活的激光写入方法制造。该透镜应用超高折射率来引入入射光的突变幅度调制，以实现三维（3D）聚焦衍射极限分辨率（0.5λ）和高达31%的聚焦效率。基于衍射理论建立了一个解析物理模型，模拟了聚焦过程，与实验结果吻合较好。
2016-11-20 physics.optics
X-ray fluorescence holography: going beyond the diffraction limit
X射线荧光全息术（XFH）是一种用于获得给定类型的发射体周围的局部原子结构的衍射极限图像的方法。重建的波场表示散射体电子密度分布的失真图像; { \it，即}它是电荷密度分布与测量特性的点扩散函数的卷积。在这里，我们考虑几种方法的迭代解卷积的XFH全息图，并通过理论模拟评估他们从超越衍射极限的角度来看，以图像的电子电荷密度。对于未来的应用前景的结果被发现的某些方法，和其他可能的图像增强技术进行了讨论。
2002-06-04 cond-mat physics.optics
Time Driven Subwavelength Focusing with Negative Refraction
Veselago于1968年提出的基于负折射的平面透镜概念，主要是在单色区进行研究。最近认识到，Pendry在2000年发现的超透镜效应的时间发展尚未被评估，可能会带来惊喜：时间依赖性照明可以提高聚焦的空间分辨率。本文研究了45 \degre -倾斜正方形点阵圆孔在Duraluminum板上的弯曲波聚焦动力学。时间分辨实验表明，聚焦图像随着时间的推移而缩小，低于衍射极限，横向分辨率从0.8 $λ$增加到0.35 $λ$，而谐波激励下的聚焦仍然是衍射限制。模态分析揭示了辐射透镜共振在脉冲重建中的作用，辐射透镜共振在焦点处反复自同步以形成超振荡场。
2014-03-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Beyond-limit light focusing in the intermediate zone
我们的实验表明，一种新的纳米透镜设计的等离子体亚波长孔径可以将光聚焦到一个单一的线，其宽度超过衍射极限，设置在波长的一半最小可实现的线宽。测量表明，在线宽小于2 < kr < 4的中间区，近场对聚焦光的影响可以忽略不计。因此，作为理论预测的验证，聚焦的场是辐射的，并且具有能够传播到远区的动量，这与极限有关。
2009-01-13 physics.optics physics.plasm-ph
Limits for superfocusing with finite evanescent wave amplification
使用负折射率材料的完美透镜和无辐射电磁干扰都通过“放大”通常丢失的倏逝波分量来提供极端的亚波长聚焦。本文提供了可实现的聚焦光斑尺寸、可用放大率和焦距之间的关系。这可以被认为是阿贝衍射极限的一个修订版本的聚焦系统，有倏逝波放大。它在比较各种亚波长聚焦实现中实现的放大以及确定何时使用现有的近场技术（例如从孔径或狭缝的简单衍射）比尝试复杂的超聚焦更好时是有用的。
2011-12-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Achromatic super-oscillatory lenses with sub-wavelength focusing
透镜对于光驱动技术至关重要。传统的镜头已经被完善，以实现近衍射极限的分辨率和最小的色差。然而，这样的透镜体积庞大，并且不能将光聚焦到小于光的半波长的热点中。最初由Toraldo di Francia提出的瞳孔滤波器可以克服传统透镜的分辨率限制，但不能进行固有的色度校正。在这里，我们报告的单元件平面透镜，不仅提供亚波长聚焦（击败传统折射透镜的衍射极限），而且将不同颜色的光聚焦到同一热点。利用超振荡的原理，我们设计并制造了一系列二元电介质和金属透镜，用于光谱的可见光和红外部分，这些透镜在硅片、二氧化硅衬底和光纤尖端上制造。这种低成本、紧凑的透镜可用于移动设备、数据存储、监视、机器人、空间应用、成像、用光制造和空间分辨非线性显微镜。
2017-01-24 physics.optics
Controlling light in complex media beyond the acoustic diffraction-limit using the acousto-optic transmission matrix
用光研究复杂样品的内部结构是一项重要的任务，但由于光散射，这是一项艰巨的挑战。虽然多重散射引起的复杂光学畸变可以通过介质的散射矩阵的知识有效地消除，但是该矩阵通常是未知的，并且在所有感兴趣的点处不存在荧光或吸收探针的情况下不能以高分辨率测量。为了克服这些局限性，我们在这里介绍的声光传输矩阵（AOTM）的概念。利用超声波在复杂样品中的近无散射传播，我们非侵入性地测量超声编码的，空间分辨的光学散射矩阵。我们表明，奇异值分解分析的AOTM，获得使用单个或多个超声波束，允许控制光学聚焦超过散射介质中的声衍射极限。我们的方法提供了一个通用的框架，分析声光实验，非侵入性的，高分辨率的复杂介质的研究。
2017-07-08 physics.optics
Hybrid Bound States in the Continuum beyond Diffraction Limit
Loughborough University（拉夫堡大学）；University College London（伦敦大学学院）
本研究提出了一种超越衍射极限的混合连续态，通过调控对称性和参数实现光子晶体中高阶衍射态的抑制与控制，为新型光子器件开发提供新思路。
2026-01-11 physics.optics
Nonlinear combining of laser beams
我们提出利用克尔介质中的光束自聚焦（坍缩）将多束激光合成为一束衍射受限光束。总功率超过临界值的光束首先在近场合束，然后在具有克尔非线性的光纤/波导中传输。传输过程中的随机起伏最终触发强自聚焦事件，产生携带临界功率的衍射极限光束。
2014-04-03 nlin.PS physics.optics
Free-Space Imaging Beyond the Diffraction Limit Using a Veselago-Pendry Transmission-Line Superlens
使用传统透镜的聚焦依赖于传播波的收集和干涉，但忽略了从源快速衰减的倏逝波。由于这些倏逝波包含了源的最细微的细节，因此图像的分辨率会降低，被称为“衍射极限”。超透镜是一种能够产生具有超越衍射极限的精细特征的图像的能力，可以通过由超材料制成的“Veselago-Pendry”透镜来实现。这种用于在自由空间中成像的Veselago-Pendry超透镜必须严格设计以恢复传播波和倏逝波两者，但是满足这些设计条件（各向同性n = μ_r = μ_r = -1）已被证明是困难的，并且使其实现变得难以捉摸。我们证明了自由空间成像的分辨率比微波频率下的衍射极限高出三倍以上，使用基于负折射率传输线（NRI-TL）方法的Veselago-Pendry超材料超透镜，该方法可以精确控制其电磁特性，并且比其他方法更不易受损失的影响。微波超透镜可以特别用于通过背散射的方式在实际距离上照明和区分紧密间隔的掩埋物体，例如在肿瘤或地雷检测中，或者用于靶向照射/热疗。
2008-03-13 physics.optics
Experimental demonstration of quantum lithography beyond diffraction limit via Rabi oscillations
光的光的衍射为光学平版印刷术设定了基本极限。到目前为止，已经提出了许多量子光刻方案，以克服这一限制，或者通过利用高度纠缠的光子，多光子过程或多个λ跃迁，这些都是实验上要求很高的。最近，Liao等人提出了一种新的量子光刻方案，该方案仅利用拉比振荡来超越衍射极限。在这里，我们报告一个忠实的实验实现这个计划。分辨率高达第九的瑞利衍射极限已被观察到。通过实验证明了使用几个Rabi触发器以及状态选择性光耗尽的峰窄化过程，也测试了创建任意图案的可能性。我们的工作可能会直接应用于原子图案工程的量子信息或量子模拟的应用，也可能会推动量子光刻到现实世界中的应用在不久的将来。
2015-01-27 physics.optics quant-ph
Quantum plasmonic sensing: beyond the shot-noise and diffraction limit
光子传感器在一系列物理环境中有许多应用，从测量制造中的机械压力到检测生物医学样品中的蛋白质浓度。存在各种感测方法，并且等离子体系统由于其将光限制在衍射极限以下的能力而特别受到关注，从而大大提高了灵敏度。最近，量子技术已被确定，可以优于经典的传感方法，并实现低于所谓的散粒噪声限制的灵敏度。尽管有这种巨大的潜力，但在有损等离子体系统中使用确定的光子数状态以进一步提高感测能力还没有得到很好的研究。在这里，我们调查的等离子体干涉仪，同时利用光的量子性质和其电磁场限制的传感性能。我们表明，尽管存在的损失，专门的量子资源可以提供改进的灵敏度和分辨率超过散粒噪声限制在一个紧凑的等离子体激元器件工作在衍射极限以下。
2016-05-25 physics.optics quant-ph
Broadband diffraction management and self-collimation of white light in photonic lattices
我们提出了一种新型的光子结构，其中衍射强度可以在很宽的频率范围内进行管理。我们介绍了优化的弯曲波导阵列，光束的经验与波长无关的正常，异常，或零衍射。我们的研究结果提出了新的机会，有效的自准直，聚焦和整形的光束产生的白光和超连续光源。我们还展示了如何操纵光图案通过Talbot效应，这是不可能的，在自由空间和传统的光子晶格。
2006-07-25 physics.optics
Far-field Imaging beyond the Diffraction Limit Using a Single Radar
在各种成像应用中，超过衍射极限的远场成像是一个长期追求的目标，这通常需要天线阵列或机械扫描。在这里，我们提出了一种替代和新颖的概念，这个具有挑战性的问题：一个单一的雷达系统组成的时空谐振孔径天线（称为奴隶天线）和宽带喇叭天线（称为主天线）。我们从理论上证明了这种谐振孔径天线负责将部分倏逝波转换为传播波，并将它们传递到远场。我们还证明了所提出的亚波长成像策略有三个基本要求：强时空色散孔径，近场耦合，和时间（或宽带）照明。这种单雷达成像的概念提供了独特的能力，当物体被宽带电磁波照射时产生实时数据，这显著地提升了诸如近场扫描、机械扫描或天线阵列的苛刻要求。我们期望这种成像方法将在微波、太赫兹、光学和超声领域的超分辨率成像中取得突破。
2014-06-09 physics.optics
Characterization of an aerosolized nanoparticle beam beyond the diffraction limit through strong field ionization
纳米材料的研究是技术应用和基础科学研究的一个活跃领域。研究孤立纳米粒子特性的常用方法是通过空气动力学透镜产生的真空粒子束。尽管是常见的做法，但这种光束的表征已被证明是困难的，因为光散射检测技术无法检测尺寸超过衍射极限的颗粒。在这里，我们提出了一种新的技术，用于表征这种纳米粒子束使用强场电离。通过将超快的mJ级激光聚焦到粒子束中，激光焦点内的纳米粒子被电离，并且很容易被其喷射的电子检测到。该方法给出了在焦点位置处的纳米颗粒密度的直接访问，并且通过粒子束的横向和纵向轮廓扫描焦点，可以获得三维粒子密度分布。此外，我们表明，强场电离是有效的，在检测直径小至10 nm的球形纳米粒子。此外，该技术是针对特定应用优化粒子束的有效工具。作为一个例子，我们表明，粒子束的密度和宽度可以通过限制气体流入气动透镜操纵。
2022-03-29 physics.optics
Inverse design method for metalens with optical vortices towards light focusing through localized phase retardation
超透镜可以通过对入射光束的局部相位操纵来实现衍射限制聚焦。因为这些结构是波长小于一个波长的，所以这具有实现厚度主要受透明基板的机械强度限制的可调谐光学元件的潜力。最近提出的超透镜是基于电介质纳米鳍阵列或大量的纳米颗粒，这导致了严峻的制造挑战。为了克服这些挑战，本文预测了一种新型的超透镜与同心纳米环拓扑结构，其中的纳米环的数量和大小是使用逆向设计方法确定的。通过将电场能量聚焦在指定位置处，利用期望的数值孔径和衍射极限焦斑来反向预测凸状超透镜。发现的坡印廷矢量分布证明了透镜作用的机制，其中在纳米环中产生光学涡旋以实现衬底和自由空间之间的相位和阻抗的匹配，并且进一步形成球形波前并增强光能的传输。逆设计方法也可以推广到具有聚焦光束的类轴锥超透镜。改进的可制造性从同心纳米环配置的几何形状推断。
2017-11-28 physics.optics
Debye representation of dispersive focused waves
我们报告基于矩阵的衍射积分，评估任何衍射限制轴对称复杂系统的焦点领域。这个衍射公式是德拜积分应用于有光阑聚焦光束的推广，可以适用于宽带问题。纵向色差可能会限制德拜公式的方便性，此外，还提供了焦点周围的有效性空间边界。当聚焦几何的菲涅耳数大大超过1时，为了保证聚焦区域完全进入德拜近似的有效区域，重新表述了菲涅耳数。我们已经应用基于矩阵的德拜积分的几个例子。具体地说，我们提出了一种具有强角色散和无纵向色差的光束聚焦光学系统。这种简单的形式主义为分析和设计具有任意角色散的聚焦光束留下了一扇敞开的大门。我们的结果对超短脉冲和多色非相干光源是有效的。
2006-09-04 physics.optics
Diffraction-managed solitons and nonlinear beam diffusion in modulated arrays of optical waveguides
我们研究了光在非线性衍射管理光子晶格中的传播，该光子晶格是用飞秒激光在石英玻璃中写入的弯曲耦合光波导阵列和铌酸锂晶体中的钛内扩散制成的。我们确定不同的制度的非线性传播的光束的输入功率的不同，并提出了衍射管理孤子，这是由于工程光束衍射和非线性自聚焦或散焦之间的相互作用形成的第一个实验观察。我们观察到，在自准直结构的线性衍射被抑制，一个新的制度的非线性光束扩散发生在中间的权力之前，在较高的权力形成的晶格孤子。
2008-02-18 physics.optics
Beat the Rayleigh limit: OAM based super-resolution diffraction tomography
这封信是第一个报告，一个超分辨率成像超过瑞利极限，可以通过使用经典的衍射层析（DT）扩展与轨道角动量（OAM），被称为基于OAM的衍射层析（OAM-DT）。轨道角动量（OAM）提供了额外的电磁自由度，这是公认的。这一概念在科学技术中得到了广泛的应用。在这封信中，我们重新讨论了与OAM扩展的DT问题，从理论上和数值上证明了OAM-DT对成像分辨率原则上没有物理限制。这种超分辨率OAM-DT成像模式不需要倏逝场、精细聚焦透镜、复杂的后处理等，从而为实现亚波长分辨率的普适目标波场成像提供了一种新的途径。
2013-06-27 physics.optics
Incubation Induced Light Concentration Beyond the Diffraction Limit for High-Resolution Glass Printing
在过去的二十年里，人们付出了巨大的努力来理解和控制超短激光脉冲进入各种类型的透明材料，从玻璃和晶体到聚合物甚至生物材料。这种方法开辟了在透明材料内进行确定性和高度局部化修饰的途径，使材料的三维（3D）微加工成为具有极端几何灵活性的复杂结构和器件。由于线性衍射和非线性自聚焦效应，焦体积通常表现出沿纵向拉伸的非对称轮廓。当深入聚焦到用于打印大高度物体的透明基板中时，这种效应变得更加严重。在这项工作中，一个新的激光-材料相互作用制度被确定与特殊的孵化效应源于自我调节的多脉冲相互作用与积累的材料变化。我们的发现揭示了一个焦点体积不变的修改深入内部的熔融石英玻璃，在惊人的传统认为，激光诱导修改的几何形状如下的强度分布的铭文激光相反。一个宏观尺度的几何复杂的玻璃雕塑成功地制造与孵化辅助超短激光雕刻在所有三个维度上的均匀微米分辨率。
2020-04-08 physics.optics
3D mapping of intensity field about the focus of a micrometer scale parabolic mirror
我们报道了抛物面聚焦微镜的制作和衍射极限特性。在24 μm ~ 36 μm的固定焦距范围内，对孔径为10 μm的反射镜进行了亚微米束腰测量。使用修改的共聚焦显微镜进行当用准直光照射设备时产生的近场中的3D强度的光学表征。结果进行了比较，直接与角谱模拟，产生强烈的实验和理论之间的协议，并确定在该制度的衍射和聚焦之间的竞争。
2015-01-13 physics.optics
Sub-diffraction Focussing using Quadratic Measure Eigenmodes
一个多世纪以来，衍射理论一直被认为限制了光学领域中聚焦和成像的分辨率。可实现的最小光斑的大小与可用的空间波矢的范围成反比。在这里，我们表明，它是可能的本地击败衍射极限的效率为代价。该方法基于麦克斯韦方程组的线性，并且光与其周围环境之间的相互作用可以被认为是相对于电磁场的二次性质。我们将强度和光斑尺寸表示为具有相关本征模的二次测量。使用动态衍射光学元件，我们证明光学聚焦到小于衍射极限的4倍的区域。通用方法可以应用于与可以用二次形式表示的电磁场的线性和可测量性质有关的许多物理现象。
2010-04-28 physics.optics
Exploiting disorder for perfect focusing
我们实验证明，无序散射可以用来提高，而不是恶化，透镜的聚焦分辨率。通过使用波前整形来补偿散射，光被聚焦到一个小到透镜衍射极限的十分之一的光斑。我们从实验和理论上证明，决定焦点宽度的是散射介质，而不是透镜。尽管光的传播是无序的，焦点的轮廓总是精确地等于我们推导出的理论上的最佳焦点。
2009-10-05 physics.optics
Superresolution technique beyond the diffraction limit under a structured beam via different optical nanostructures
Vellore Institute of Technology（维洛尔理工学院）；Chengdu University of Technology（成都理工大学）
本文提出利用不同纳米结构（如金字塔形纳米透镜）结合高阶高斯光束（Hermite-Gauss模式）实现约27 nm分辨率的近场聚焦，超越衍射极限，适用于量子技术等领域的超分辨成像。
2026-06-16 physics.optics quant-ph
Optical cloning of arbitrary images beyond the diffraction limits
从理论上研究了将编码在激光束空间轮廓上的任意图像克隆到第二光束上的问题。这两个光场耦合到一个相干布居囚禁的原子λ系统。特别是，被认为是在其中的探测和控制领域的强度相当的情况下。通过考虑越来越复杂的结构，我们最终发现，我们的方法是适合克隆任意的图像，我们证明了在原子介质中的两个应用领域的传播动力学的完整的数值模拟，与三个字母“CPT”编码的初始控制字段配置文件。我们发现克隆的结构的特征尺寸与初始图像相比减少了约2倍，与最近的相关实验一致。
2013-04-22 physics.optics quant-ph
Acousto-optic tomography beyond the acoustic diffraction-limit using speckle decorrelation
声光层析成像（AOT）通过散射光的局部超声调制实现散射样品内部深处的光学对比成像。然而，AOT的分辨率固有地受到超声焦点尺寸的限制，从而禁止微观调查。在过去的几年里，数字波前整形领域的进步已经允许开发新的方法来克服AOT的声学分辨率限制。然而，这些新颖的方法需要在样本散斑去相关时间内执行数千次波前测量，限制了它们对静态样本的应用。在这里，我们表明，它是可能的，通过利用散斑去相关的自然动力学，而不是试图克服它们，超过与传统的AOT系统的声学分辨率限制。我们实现这一点，通过适应超分辨率光学波动成像（SOFI），最初开发的闪烁荧光团成像的原则，AOT。我们表明，自然波动的光学散斑颗粒可以作为闪烁的荧光团的类似物，使超分辨率波动的声光信号的统计分析。
2018-12-11 physics.optics
Subwavelength focusing of light by a tapered microtube
我们提出了一种机制，在光学频率的基础上使用的锥形微管制造的玻璃毛细管的亚波长聚焦。使用671nm的相干光和安装在三轴压电纳米定位平台上的近场扫描光学显微镜探针，获得了一系列二维强度分布。实验结果表明，在距离微管输出端面约1.47μm（2.2λ）处，焦斑最小，其半峰全宽约为435nm（0.65λ），接近衍射极限。实验结果与数值模拟结果吻合良好。
2010-06-18 physics.optics
Photoacoustic imaging beyond the acoustic diffraction-limit with dynamic speckle illumination and sparse joint support recovery
在深部组织光声成像中，空间分辨率固有地受到声波波长的限制。最近，它被证明是可能的，通过分析在一组未知的斑点照明模式下获得的光声图像中的波动超过声衍射极限。在这里，我们的目的是一种方法，以提高重建保真度和分辨率，同时通过利用压缩感知计算重建框架减少采集图像的数量。该方法考虑了系统响应的先验知识和目标结构的稀疏性。我们提供了该方法的原理实验证明，并证明了当使用散斑波动和对象先验时，可以获得更好的性能。我们数值研究的预期性能的测量信噪比和样本的空间稀疏性的函数。所提出的重建框架可以应用于分析现有的光声实验数据包含动态波动。
2019-06-13 cs.IT math.IT physics.optics
Remote lensless focusing of a light beam
利用波动方程的精确解析解，证明了光在渐变折射率介质中通过模式干涉的远距离聚焦。光的强聚焦发生在非常长的距离上，并且由于模式干涉，它随着距离周期性地恢复。强聚焦亚波长光斑通过光波导在长距离上的高效传输伴随着一个恢复期而发生。在离源较远的地方可以观察到尺寸超过常规阿贝衍射极限的超振荡热点。这为在远场无倏逝波的情况下探测光学超分辨信息提供了可能。分析了渐变折射率波导的远场超分辨成像能力。
2015-01-17 physics.optics
Nonlinear lossy light bullets in self-focusing media with nonlinear absorption
我们回顾了非线性，多维局域波的平稳传播是持续的自聚焦和非线性损失之间的动态平衡的属性。它们的有限能量版本保留了光子弹的行为，远远超出了特征衍射或散射距离，并在障碍物后重建。存在具有最大强度和损耗的优先损耗光弹，其仅由介质的光学性质定义，其是由具有自聚焦非线性和非线性损耗的介质支持的最稳定的非锥形局域波。当非线性吸收阻止坍缩时，这种优先损耗光弹在类高斯波包的自聚焦过程中充当吸引子，这一事实可以解释在具有异常色散的介质中观察到的光丝动力学的相关特性。
2017-12-23 physics.optics
What is superresolution microscopy?
我解释了什么是，什么不是，什么只是一种超分辨率显微镜。我讨论光学分辨率，首先是衍射理论，然后是线性系统理论，最后是使用先验信息，非线性和其他技巧来提高性能的技术。讨论揭示了两类超分辨率：伪超分辨率技术将图像提高到衍射极限，但不会超出太多。真正的超分辨率技术允许实质性的，有用的改进超出衍射极限。这两个类别的区别在于它们的分辨率与光子计数的比例。理解成像分辨率的极限涉及到几乎所有测量问题的概念，这意味着这里给出的框架具有光学之外的广泛应用。
2014-10-08 physics.optics
On-sky binary source hypothesis testing beyond the diffraction limit using spatial mode demultiplexing based detection
The University of Western Australia（西澳大学）；International Centre for Radio Astronomy Research, The University of Western Australia（西澳大学国际射电天文研究中心）
首次在真实天空环境中演示基于空间模式解复用的二元源假设检验，在亚衍射极限下探测双星系统，并分析损耗和大气湍流对性能的影响。
2026-06-17 astro-ph.IM physics.optics
Blind focusing through strongly scattering media using wavefront shaping with nonlinear feedback
散射阻止光在混浊介质中聚焦。当局部形式的反馈可用时，可以通过波前成形技术来消除散射的影响。即使在不存在这种局部报告子的情况下，当反馈响应是非线性的时，波前成形也可以盲目地形成单个衍射限制焦点。我们开发并实验验证了一个模型，该模型准确描述了这种盲聚焦过程的统计数据。我们表明，最大化的非线性反馈信号并不总是导致形成一个焦点。使用我们的模型，我们可以计算出通过强散射介质盲聚焦光的最低要求。
2019-02-07 physics.optics
Broadband model-based inversion enables optoacoustic microscopy beyond the acoustic diffraction limit
声学分辨率光声显微镜（AR-OAM）检索解剖和功能的对比度，从活组织的深度无法达到与光学显微镜。AR-OAM的成像性能已经通过提供高横向分辨率的图像重建算法而得到了提升，但最终受到声衍射的限制。在这项工作中，我们提出了一个新的基于模型的框架，有效地利用扫描对称性的高分辨率重建的AR-OAM图像。该模型准确地占空间脉冲响应和大的检测带宽的球形聚偏二氟乙烯传感器，这有利于显着优于合成孔径聚焦技术，通常采用在AR-OAM图像重建的图像对比度和分辨率。此外，基于L1范数正则化的重建能够分辨与其他方法无法区分的结构，这一点通过数值模拟以及体模和体内实验得到证实。所实现的性能证明了AR-OAM作为一种超分辨率成像方法的适用性，该方法能够突破声学衍射所施加的限制，从而为临床前和临床研究中光学不透明组织的显微镜检查开辟了前所未有的能力。
2020-10-21 physics.bio-ph physics.ins-det physics.med-ph
Understanding the limits of remote focusing
本研究通过高精度步进电机控制主物镜校正环补偿远程聚焦显微镜的残余球面像差，并利用Shack-Hartmann波前传感器验证了校正环产生的像差与光学模型预测一致，揭示了该补偿对系统衍射受限范围的有限影响。
2023-01-18 physics.optics
Modeling the focusing of a radially-polarized laser beam with an initially flat-top intensity profile
针对矢量光束传播建模常限于最低阶基模的问题，提出利用高阶光束求和解析建模初始平顶径向偏振光束的方法，并验证了其特性与数值积分的一致性。
2024-04-22 physics.optics
Meta-material photonic funnels for sub-diffraction light compression and propagation
我们提出的波导与光子晶体核心，支持在亚波长区域的模式结构类似的电信光纤中的能量传播。我们设计了近，中，远红外频率的超材料，并证明了有效的能量转移到和从小于1/25的波长的区域。示出了正折射率和负折射率光透射。我们的方法，虽然在这里展示了一些特定频率的圆形波导，很容易从光学到IR到THz频率范围，并可以实现在各种波导几何形状。我们的设计可用于超高密度能量聚焦，纳米分辨率传感，近场显微镜和高速全光计算。
2005-12-21 physics.optics
Time-diffracting beams: On their nature, diffraction-free propagation as needles of light, and nonlinear generation
本文研究了新近引入的时间衍射光束在自由空间中的特性。它们被证明是傍轴和准单色实现的本地化波，时空本地化波以任意速度无失真地行进。近轴和准单色制度是必要的，以观察什么可以适当地命名为衍射的时间。以准光速行进的有限能量的TD光束被认为形成比所谓的突然聚焦和散焦的光针或无限速度的限制TD光束长得多的焦点或光针。研究了洛伦兹变换和近轴光学系统变换下TD光束的性质，发现在强定域的基波泵浦作用下，物质介质的非线性偏振相对论运动产生了二次谐波TD光束，其在自由空间中的无衍射行为可以用标准的$4f$成像系统进行优化。
2018-02-28 physics.optics
Numerical simulation of coherent summation of laser beams in the presence of non-idealities in the dipole focusing system
本研究开发了基于Stratton-Chu衍射积分的反射光场计算程序库，分析含相位畸变等非理想性的偶极聚焦激光相干合成，理论上12束50PW激光可实现超$3×10^{26}$W/cm²强度，实际可达其90%。
2024-12-10 physics.optics
