Energy flow lines and the spot of Poisson-Arago
我们展示了能量流线如何回答法国科学院在1818年提出的衍射现象的问题：“通过数学归纳法推导出射线在身体附近穿越时的运动”。这为菲涅耳的光的波动理论提供了一个补充答案。对这些能流线的数值模拟证明，它们可以到达不透明圆盘阴影中心的Poisson-Arago亮点。对于真空中的单色波，这些能量流线对应于牛顿光学的衍射射线。
2009-09-12 physics.optics
Generation of Diffraction-Free Optical Beams Using Wrinkled Membranes
我们首次报道了褶皱膜作为一种光学聚焦器件的演示，它具有成本低、重量轻和柔性等优点。我们的装置由金-PDMS双层膜上的同心皱纹环组成，该双层膜将准直照明转换为无衍射的聚焦光束。在可见光范围内观察到300-400 μm的光束直径。通过比较理论计算和实验测量的焦斑轮廓，我们预测，焦斑的大小为50 μm左右，如果可以消除制造偏心。
2013-04-30 cond-mat.soft physics.optics
Diffraction Interference Induced Superfocusing in Nonlinear Talbot Effect
报道了一种简单、新颖的亚衍射方法，即衍射干涉诱导的二次谐波Talbot效应超聚焦，在不涉及倏逝波或亚波长孔径的情况下实现了小于λ pump/8的聚焦尺寸。通过用菲涅耳衍射干涉剪裁点扩散函数，我们观察到周期性的SH亚衍射斑点超过一百微米远离样品。我们的演示是Toraldo Di Francia 60年前提出的超分辨率成像提案的首次实验实现。
2013-04-26 physics.optics
High-fidelity far-field microscopy at λ/8 resolution
远场超分辨率显微镜的出现使纳米级成像的可能性重新焕发活力。利用点扫描的远场超分辨率方法通常取决于在空间上减小聚焦光斑的尺寸。然而，聚焦光斑总是以探测主瓣和高强度旁瓣极低的光效率为代价来实现高分辨率，这限制了其在纳米成像中的应用，并可能导致样品的误判。在二维多级衍射光学元件（DOE）的辅助下，在分辨率为38%的Airy光斑尺寸下，获得了衍射效率为3.76%的尖锐探测光斑。突破了圆0-π二元结构超振荡透镜的局限性，在相同分辨率下，衍射效率提高了至少两个数量级。为了消除高强度旁瓣的影响，利用先验知识，基于改进的反卷积算法重建高保真图像。最后，高保真远场显微镜（HiFi-FM）的构建和实验结果表明，HiFi-FM允许空间复杂样品的分辨率优于69 nm，同时获得高保真。
2022-06-15 physics.optics
New prospects for de Broglie interferometry
我们考虑了大量纳米粒子的物质波干涉实验中遇到的各种影响。在光栅远场干涉的教科书的例子进行了比较与衍射到暗场背后的不透明的光圈，通常指定为泊松点或阿拉戈点。我们的估计表明，这两种现象仍然可以观察到的质量范围超过目前的实验至少两个数量级。然而，它们都需要发展足够冷、强和相干的团束。虽然泊松斑的观测提供了非色散性的优点，并且在没有粒子壁相互作用的情况下简单区分经典和量子条纹，但范德华力可能严重限制真正的量子波衍射和经典可解释的斑点之间的可解释性，这些斑点已经用于适度极化的物体和薄至100 nm的衍射元件。
2010-09-08 physics.optics quant-ph
Bragg diffraction of large organic molecules
我们演示了抗生素环丙沙星和染料分子酞菁在厚光栅上的布拉格衍射。所观察到的图案示出了一个单一的主导衍射级与预期的依赖于入射角以及振荡的人口之间的非衍射和衍射光束的转移。我们实现了$14 \hbar k$（光子动量）的等振幅分裂和$18 \hbar k$的最大动量转移。这为高效、大动量的分束器和反射镜为高温和复杂分子铺平了道路。
2020-07-24 physics.optics quant-ph
Diffraction-free beams in thin films
贝塞尔光束通过纳米层状结构的传输和传输是近年来研究的热点。在这个框架内，我们认识到形成无导波衍射波的光斑尺寸接近，偶尔超过波长的限制时，任何阶n的贝塞尔光束发射到薄材料板与掠入射。基于柱面波的平面波表示，引入了一个简单的模型，提供了这种类型的衍射抑制局域波的横向图案的精确处方。在表面科学的潜在应用提出了考虑。
2009-10-29 physics.class-ph physics.optics
Upholding the diffraction limit in the focusing of light and sound
由恩斯特·阿贝和其他人提出的衍射极限的概念一直是一个重要的指导原则，限制了我们在远场紧紧聚焦经典波（如光和声音）的能力。在过去的十年中，许多报告描述了“低于衍射极限”的光和声音的聚焦或成像。我们认为，衍射极限定义在一个合理的方式，例如在上限的波数对应的空间傅立叶分量的强度分布，或在光斑大小，其中至少50%的入射功率可以集中，仍然站在这一天不间断。本文综述了“亚波长”或“亚衍射极限”聚焦的实验观察，主要分为三大类：（1）“超分辨”，即通过改变光学系统的光瞳，以增加边带为代价，减小光强分布中心最大值的宽度;（ii）固体浸没透镜，利用具有高有效折射率的超材料;（iii）通过诸如天线的亚波长结构来集中强度。尽管沿着这条线已经做了很多有趣的工作，但迄今为止进行的实验都没有违反合理定义的衍射极限。
2016-10-10 physics.optics
Super-resolution technique enabled by higher-order Bessel beams in nanoscale optical structures
Vellore Institute of Technology（维洛尔理工学院）
研究旨在突破传统光学显微镜阿贝衍射极限以获取亚波长信息，通过利用高折射率纳米级结构和高阶贝塞尔光束实现超分辨率成像，展示了（λ/53）的分辨率，阐明了相关因素，凸显该方法在多领域应用的潜力。
2026-10-28 physics.optics
Focused Azimuthally Polarized Vector Beam and Spatial Magnetic Resolution below the Diffraction Limit
具有极化涡旋的方位电极化矢量束（APB）的一个显著特征是它包含一个磁主导区，在该磁主导区内电场理想地为零，而纵向磁场最大。应用菲涅耳衍射理论和平面波谱（PWS）计算来量化这样的光束在通过透镜聚焦时的场特征。在透镜的焦平面上，光束的纵向磁场强度分布的衍射极限半高宽（FWHM）和光束的环形总电场强度分布的互补FWHM（CFWHM）被检查为透镜的近轴焦距的函数。然后，我们将一个亚波长的致密介质Mie散射体放置在一个自立的会聚APB的最小腰平面上，并首次证明了在光学频率下实现了非常高的分辨率磁场，总磁场FWHM为0.23λ（即，0.04λ^2的磁场斑点面积）。这里所示的理论是有价值的发展的光学显微镜和光谱系统的基础上的磁偶极跃迁，这是在一般情况下比他们的电同行弱得多。
2016-05-10 physics.optics
Quantum lithography by coherent control of classical light pulses
光学光刻和显微镜中的最小光斑通常受到衍射的限制。量子光刻术利用N个纠缠光子组之间的干涉，最近被提出以N倍的倍数击败衍射极限。在这里，我们提出了一个简单的方法来获得N光子与经典脉冲，激发一个狭窄的多光子跃迁的干涉，从而将“量子重量”从电磁场转移到光刻材料。我们展示了如何开发一个实用的完整的光刻方案，并通过实验证明了原子铷中的双光子干涉的基本原理，以获得超过衍射极限的焦斑。
2004-11-22 physics.atom-ph physics.class-ph physics.optics
Generating an electromagnetic multipole by oscillating currents
本文从平面相控阵天线与平面波的关系出发，证明了与多极电场成正比的球形电流层或电流球在均匀介质中产生的多极场在整个空间都是相同的。我们计算TE和TM多极球层内外。$l=1$ TM多极子定位在原点处，其焦点在横轴上具有$0.4λ$的半峰全宽，在纵轴上具有$0.58λ$。原点附近的多极场是产生这些多极场所需的电流分布的处方。球形层可以耦合到多极源，因为由于多极场导致的层中的电子的振荡在所有空间中生成多极场，这进而可以驱动多极电流。在一个可极化的球体或球体层中激发一个多极子可以将它耦合到另一个可极化的球体或球体层。
2017-06-25 physics.class-ph physics.optics
Tight focal spots using azimuthally polarised light from a Fresnel cone
当以高数值孔径聚焦光束时，焦平面中的所得电场分布取决于横向偏振分布，因为需要考虑光束的不同部分之间的干涉。众所周知，径向偏振光产生纵向偏振分量，并且可以在均匀偏振光的常规衍射极限以下聚焦，并且携带一个单位角动量的方位角偏振光可以实现甚至更紧密的焦斑。这对于例如提高扫描显微镜中的分辨率是有意义的。有许多方法可以产生这样的偏振结构，然而，设置可能是昂贵的，并且通常依赖于双折射组件，因此禁止宽带操作。我们最近已经证明了一种被动的，低成本的技术，使用一个简单的玻璃锥（菲涅尔锥），以产生结构化偏振光束。我们在这里表明，菲涅耳锥产生的偏振结构的重点优于径向偏振光在所有数值孔径。此外，我们详细研究了偏振光结构在双光子显微镜中的应用。具体来说，我们展示了一种方法，使我们能够产生所需的偏振结构在显微镜的后孔径通过预先补偿任何有害的相移使用的组合波片。
2020-05-13 physics.optics
High-Harmonic Generation and Spin-Orbit Interaction of Light in a Relativistic Oscillating Window
当强激光束照射固体薄膜靶上的小孔时，强激光场驱动小孔周围的表面等离子体振荡，该振荡起着"相对论振荡窗口"的作用。穿过这样的孔径的衍射光包含基本激光频率的高次谐波。当驱动激光束被圆偏振时，高次谐波产生（HHG）过程有助于将基波光的自旋角动量转换为谐波的固有轨道角动量。通过理论建模和全三维粒子模拟，证明了$n$阶谐波光束是具有拓扑电荷$|l| = n-1$的光学涡旋，并且对于足够强的激光束，产生了幂律谱$I_n\propto n^{-3.5}$，其中$I_n$是$n$阶谐波的强度.这项工作开辟了一个新的领域的可能性，产生强烈的极紫外漩涡，和衍射为基础的高次谐波研究在相对论强度。
2021-03-22 physics.optics physics.plasm-ph
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
Diffraction limited focusing and routing of gap plasmons by a metal-dielectric-metal lens
无源光学元件可以在诸如等离子体激元集成电路的光子应用中发挥关键作用。在这里，我们实验证明被动间隙等离子体聚焦和路由在二维。这是通过将高数值孔径的金属-电介质-金属透镜结合到平面波导器件中来实现的。通过金属溅射，氧化物沉积，电子和聚焦离子束光刻，和氩离子铣削制造的详细报告。衍射限制聚焦的光学特征在于用显微镜对耦合输出的光进行采样。测量的焦距和半高宽光斑尺寸与计算的透镜性能吻合良好。表面等离子体激元的传播长度是通过从多个耦合器输出的狭缝中取样来测量的。
2015-07-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Diffraction-limited axial scanning in thick biological tissue employing an aberration correcting adaptive lens
由于球面像差导致焦斑特别是在轴向方向上变宽，因此深入生物组织的衍射限制聚焦是具有挑战性的。虽然衍射极限可以通过使用可变形反射镜或空间光调制器的像差校正来恢复，但是由于所需的光束折叠而导致庞大的光学设置。我们提出了一个双作用自适应透镜，使轴向扫描，并在同一时间校正标本引起的球面像差，同时提供一个紧凑的设置。在共焦显微镜中使用双作用透镜，我们显示衍射极限轴向扫描高达\SI{340}{\micro m}深内的幻影标本。应用该技术对斑马鱼胚胎进行体内测量，并在甲状腺中使用报告基因驱动的荧光，揭示了甲状腺滤泡的亚结构。
2018-11-28 physics.bio-ph physics.optics
Testing and design of a lens system for atom trapping and fluorescence detection
我们目前的方法和结果的测试一个廉价的自制衍射限制透镜系统，其设计是在最近的一篇论文中提出的，并已被使用（略有改动）的几个研究小组。我们的系统将被用于：在波长λ =830 nm的准直激光束聚焦到一个狭窄的点和准直荧光（λ =780 nm）从铷原子在这个点捕获发射。透镜系统的有用测试包括使用光线跟踪软件、剪切波干涉仪、测试图表和非常小尺寸的聚苯乙烯珠的成像。我们提出了这些方法，并显示如何可以得出结论的测试下的设计。
2004-12-20 physics.optics
Super-resolved reconstruction of single-photon emitter locations from $g^{(2)}(0)$ maps
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
本文提出一种结合扫描g^(2)(0)映射技术和基于反演的重建算法，实现对单光子源位置的超分辨重建，克服传统共聚焦显微镜的分辨率限制，提高定位效率和准确性。
2026-04-12 physics.optics quant-ph
On the fundamental limitations of imaging with evanescent waves
人们对使用倏逝波来克服衍射极限的成像和聚焦方案（诸如采用负折射率材料或双曲超材料的那些）有着极大的兴趣。所有这些方案的基本问题是，倏逝波在成像系统和样品之间迅速衰减，导致极弱的场强。使用的熵定义的光斑尺寸仍然定义为任意光束轮廓，我们推导出严格的界限上的倏逝衰减。特别是，我们表明，衰减长度只有$w / πe \approx 0.12 w$，其中$w$是在焦平面上的光斑宽度，或$\sqrt{A} / 2 e \sqrtπ \approx 0.10 \sqrt{A}$，其中$A$是光斑面积。因此，实际的倏逝波成像方案将最有可能限于小于或等于光斑宽度的焦距。
2020-01-01 physics.app-ph physics.optics
Relativistic Oscillating Window Driven by an Intense Laguerre Gaussian Laser Pulse
研究强Laguerre-Gaussian激光束通过小孔衍射产生高次谐波，发现周边电子动力学导致不同偏振态LG脉冲具有不同选择定则，推导并验证了预测谐波拓扑荷及相对强度的理论，为产生携带可控OAM的高强度UV或X射线脉冲铺路。
2025-06-26 physics.optics physics.plasm-ph
Fresnel and Fraunhofer diffraction of a laser Gaussian beam by fork-shaped gratings
推导了高斯光束经菲涅耳衍射后，从束腰外入射到电荷为任意整数p的叉形光栅上的涡旋光束和经叉形光栅夫琅禾费衍射后的涡旋光斑的表达式。定义了光栅的通用透射函数，并将其专门用于振幅全息图、二元振幅光栅及其相位版本的情况。光学涡旋光束，或带有电荷mp和-mp的相位奇异性载体，是较高的负和正衍射级光束。其振幅的径向部分可用mp阶Gauss-doughnut函数与一个Kummer函数的乘积或一阶Gauss-doughnut函数与两个阶数与奇异电荷值不匹配的修正Bessel函数的差来描述。本文讨论了会聚透镜焦平面内近场和远场的振幅和光强分布，以及当光栅电荷p=0，即光栅由分叉变为直线时，结果的特殊性。文中还讨论了涡半径的解析表达式。
2008-06-26 physics.class-ph physics.optics
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
Nanophotonic waveguide chip-to-free-space beam scanning at 68 Million Spots/(s$\cdot$mm$^{2}$)
本文提出了一种名为“ski-jump”的纳米光子波导光束扫描器，通过单片集成在压电悬臂上实现了高速、高质量的二维光束扫描，其性能显著优于现有MEMS镜，并展示了在图像投影和单光子读出等方面的应用潜力。
2025-05-01 physics.app-ph physics.optics
Molecular structure retrieval directly from laboratory-frame photoelectron spectra in laser-induced electron diffraction
普遍存在于大多数分子散射方法中的挑战是从散射信号中检索键距离和角度，因为这需要模式匹配算法或拟合方法的收敛。当对较大的分子成像时或对于具有很少先验知识的动态系统，该问题通常加剧。在这里，我们采用激光诱导电子衍射（LIED），这是一个强大的手段，以确定精确的原子构型的孤立的气相分子与皮米的空间和阿秒的时间精度。我们介绍了一个简单的分子检索方法，这是基于识别的关键点的振荡分子干涉散射信号，直接从实验室帧光电子能谱提取。该方法与基于傅立叶的检索方法进行了比较，我们表明，这两种方法正确地检索不对称的拉伸和弯曲场修饰的配置的不对称的顶部分子硫化羰（OCS），这是证实了我们的量子经典计算。
2021-07-01 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
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
Spot size estimation of flat-top beams in space-based gravitational wave detectors
针对空间引力波探测中杂散光控制的需要，研究了高斯光束经限幅后平顶光束的光斑尺寸。通过采用模展开法（MEM）的方法来模拟光束，提出了一个轻微的变化的定义的均方差（MSD）的MEM光束光斑尺寸。这使我们能够快速估计任意传播距离的光斑大小。假定削波的程度取决于光学元件的表面内的功率比，则MSD光斑范围内的功率比被用作光斑尺寸的度量。在简单高斯光束和近似高斯光束的情况下，验证了该定义。作为一个代表性的例子，模拟了在科学干涉仪中探测空间引力波时，礼帽光束的MSD光斑尺寸。在传统的MSD光斑尺寸分析中，当考虑衍射时，光斑尺寸是发散的。仔细的误差分析进行的分歧，并在目前的情况下，有人认为，这个错误将对我们的估计影响不大。利用我们的研究结果可以优化设计的光学系统与礼帽或其他类型的非高斯光束。此外，它还允许测试天基引力波探测器的干涉测量法，以在光学模拟中进行光束限幅。本文的工作对今后光具座的系统设计和光学元件的尺寸设计具有一定的指导意义。
2022-10-26 astro-ph.IM gr-qc physics.optics
Optimization-based hologram design for fine optical tweezer arrays and extension of super-resolution criteria
Hamamatsu Photonics K.K.（滨松光子科技株式会社）；Institute for Molecular Science, National Institutes of Natural Sciences（国立自然科学研究所分子科学研究所）
本文提出了一种基于优化的全息图设计方法，实现了亚微米级的光镊阵列排列，并扩展了超分辨率标准。
2026-01-28 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
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
