Optical Hyperlens: Far-field imaging beyond the diffraction limit
Zubin Jacob, Leonid V. Alekseyev, Evgenii Narimanov
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。
We propose an approach to far-field optical imaging beyond the diffraction limit. The proposed system allows image magnification, is robust with respect to material losses and can be fabricated by adapting existing metamaterial technologies in a cylindrical geometry.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
继续探索
Impedance-matched Hyperlens
我们提出了一种方法，光学成像超过衍射极限，基于变换光学同心圆柱域。由此产生的系统允许图像放大，并最大限度地减少由于在输入或输出边界处的阻抗匹配引起的反射损耗。虽然完美的阻抗匹配在两个表面只能在一个系统中获得与半径相关的磁导率，我们证明了可比的性能，可以实现在一个优化的非磁性设计。
Cosmology analogy for perfect hyperlens
本文提出一种基于德西特时空度规的完美双曲透镜，利用自聚焦与大波数传播波实现超高分辨率、无像差和强鲁棒性，并在α-MoO3薄膜中数值验证了其双曲聚焦性能，革新了传统成像透镜设计原理。
Hyperbolic absolute instruments
针对传统超透镜需极端介电常数比且无法几何完美成像的问题，本文从色散与光学原理提出双曲绝对仪器，通过闭合光线轨道实现无像差完美成像。
Hyperbolic metamaterials (HMMs) are the cornerstone of the hyperlens, which brings the superresolution effect from the near-field to the far-field zone. For effective application of the hyperlens it should operate in so-called canalization regime, when the phase advancement of the propagating fields is maximally supressed, and thus field broadening is minimized. For conventional hyperlenses it is relatively straightforward to achieve canalization by tuning the anisotropic permittivity tensor. However, for a dark-field hyperlens designed to image weak scatterers by filtering out background radi…
Hyper-lithography
集成电路（IC）技术的未来成功依赖于特征尺寸的持续小型化，允许每个芯片更多的组件和更高的速度。极端的各向异性为从微米到纳米尺度的空间图案压缩开辟了新的机会。这种压缩使得能够实现不受基本衍射极限限制的基于可见光的光刻图案化，如果实现的话，可以解决IC工业对廉价的全光学纳米级光刻的不断增长的需求。通过利用工程纳米结构的强各向异性光学特性，我们实现了基于超透镜的光刻的第一个实验演示，使用衍射限制掩模在衍射极限以下促进光学图案化。我们证明了利用可见光可以将掩模上的衍射极限特征缩小，从而在光刻胶上形成亚波长图案。这种独特的功能由介质的双曲色散特性与结构的圆柱形形状相结合而实现，为未来的全光学纳米光刻开辟了一种新方法。
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。
Coherent diffraction imaging (CDI) is a promising imaging technique revealing most of the information from diffraction measurements. An ideal CDI should reconstruct complex-valued object from a single-shot far-field diffraction without any priori information about the target. To realize the ideal CDI, we propose a class of parameter-robust illumination pattern. A direct phase optimizing algorithm is also raised here to improve the performance of phase retrieval in strong noise. Experimental result demonstrates the efficiency of our scheme in practical noisy measurement for complex-valued targe…
Polarization and far-field diffraction patterns of total internal reflection corner cubes
许多角隅棱镜或回射器经由未涂覆的后表面采用全内反射（TIR）。从通过角隅棱镜的六个独特路径出现的不同椭圆偏振状态通过在六个路径之间引入各种相位延迟而使远场衍射图案复杂化。在本文中，我们提出了一个计算框架，以评估偏振通过TIR角隅棱镜的任意入射角和输入偏振状态，提出了关键的正常入射条件下的示例输出。我们还描述了一种方法来产生远场衍射图案的偏振分析，呈现代表性的图像-分解成正交偏振，并表征关键情况。偏振态和远场衍射图样的实验室确认。
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。
Generalized vibration curves for apodization and super-resolution in far-field diffraction
将振动曲线推广到连续、单调、对称的非均匀孔径函数，直观展示切趾与超分辨的远场衍射机制，并揭示一阶衍射零点处的相量旋转特征。
Far field imaging by a planar lens: diffraction versus superresolution
我们解决了长期存在的争议，关于由左手介质制成的平面透镜的成像，并从理论上证明，其远场图像有一个根本不同的起源取决于损失之间的关系{内}的镜头和光的波长$λ$。在足够小的$λ$下，图像总是由衍射理论控制，并且如果Im $ε\ll 1$和Im $μ\ll 1$都是，则分辨率与吸收无关。然而，对于任何有限的$λ$，存在一个临界吸收，低于该临界吸收，超分辨机制发生，尽管该吸收非常低并且几乎不能实现。我们证明了衍射极限和超分辨率制度之间的过渡是由{的}通用参数相结合的吸收，波长和透镜厚度。最后，我们表明，这个参数是有关的表面等离子体波的共振激发。
As one of the most fundamental optical phenomena, refraction between isotropic media is characterized by light bending towards the normal to the boundary when passing from a low- to a high-refractive-index medium. However, in anisotropic media, refraction is a much more exotic phenomenon. The most general case of refraction between two anisotropic media remains unexplored, particularly in natural media and at the nanoscale. Here, we visualize and comprehensively study refraction of electromagnetic waves between two strongly anisotropic (hyperbolic) media, and, importantly, we do it with the us…
Resonant Metalenses for Breaking the Diffraction Barrier
我们介绍了谐振超透镜，一组耦合的亚波长谐振器。色散允许将亚波长波场转换为时间特征，而珀塞尔效应允许在远场中有效辐射该信息。利用微波对谐振线阵列的研究提供了对潜在机制的物理理解。我们实验证明成像和聚焦从远场的分辨率远低于衍射极限。这个概念在任何频率下都是可实现的，其中可以设计亚波长谐振器。
Time-Reversed Diffraction
我们表明，惠更斯-基尔霍夫衍射的时间反演公式可以用来推导高斯激光束的横向和纵向场，从一个简单的假设高斯光束分布在远场。将这种技术应用于赫兹偶极子的远场的尝试表明，衍射定律如何不允许波在无电荷区域中被聚焦到小于立方波长的体积。
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。
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。
Determination of the Zak phase of one-dimensional photonic systems via far-field diffraction
本研究提出通过远场衍射光谱测定一维光子系统Zak相位的方法，推导了区中心与边界的衍射规律，经模拟与实验验证，并展示了拓扑保护界面态，为非厄米系统能带拓扑表征提供了简便途径。
Far off-Bragg reconstruction of volume holographic gratings: A comparison of experiment and theories
我们进行了光的光学衍射实验的纳米颗粒聚合物体全息光栅在一定的角度范围内，也包括远离布拉格重放。三个衍射理论的比较-在相同的复杂程度上-与我们的实验结果表明，衍射的动力学理论和一阶两波耦合理论，使用β值方法拟合数据非常好。相比之下，流行的两波耦合理论，使用K-矢量闭合方法产生一个数量级更差的均方误差与差的拟合。这些发现必须考虑耦合强度和光栅厚度的准确测定。
Far-field slit-diffraction of circular optical-vortex (OV) beams is efficient for measurement of the topological charge (TC) magnitude but does not reveal its sign. We show that this is because in the common diffraction schemes the diffraction plane coincides with the incident OV waist plane. With explicit involvement of the incident beam spherical wavefront and based on the examples of Laguerre-Gaussian modes we show that the far-field profile possesses an asymmetry depending on the wavefront curvature and the TC sign. These features enable simple and efficient ways for the simultaneous diagn…
Sub-diffraction-limit Observation Realized by Nonlinear Metamaterial Lens
本文通过实验证明，在光源上覆盖一个薄的平板非线性透镜，通过测量光源在谐波频率处的近场分布或远场辐射，并计算傅里叶逆变换，获得亚波长成像，就可以实现亚衍射极限观测。特别是，由远场测量数据计算的亚波长图像显示出非常清晰的分辨率。由于包含有源元件的超材料在很弱的入射电磁功率下很容易表现出很强的非线性，因此本文提出的非线性透镜的应用在不久的将来将在提高亚波长分辨率方面具有重要潜力。
We report the first experimental demonstration of prime number sieve via linear optics. The prime numbers distribution is encoded in the intensity zeros of the far field produced by a spatial light modulator hologram, which comprises a set of diffraction gratings whose periods correspond to all prime numbers below 149. To overcome the limited far field illumination window and the discretization error introduced by the SLM finite spatial resolution, we rely on additional diffraction gratings and sequential recordings of the far field. This strategy allows us to optically sieve all prime numbers…
In Optics it is common to split up the formal analysis of diffraction according to two convenient approximations, in the near and far fields (also known as the Fresnel and Fraunhofer regimes, respectively). Within this scenario, geometrical optics, the optics describing the light phenomena observable in our everyday life, is introduced as the short-wavelength limit of near-field phenomena, assuming that the typical size of the aperture (or obstacle) that light is incident on is much larger than the light wavelength. With the purpose to provide an alternative view on how geometrical optics fits…
Nanostructure-induced distortion in single-emitter microscopy
单发射极显微镜已经成为一种很有前途的纳米结构成像方法。该技术使用发射器远场辐射图案的质心位置来推断其位置，其精度远低于衍射极限。然而，由高介电材料（如贵金属）组成的纳米结构可能会扭曲远场辐射图案。纳米颗粒还表现出更复杂的畸变范围，因为除了引入高介电表面之外，它们还充当有效的散射体。因此，单发射极显微镜中纳米颗粒的畸变效应仍然知之甚少。在这里，我们证明了金属纳米颗粒可以显着扭曲的单发射成像的准确性在超过300 nm的距离。我们使用单个量子点来探测金属纳米颗粒引起的成像失真的大小和方向，并表明量子点的衍射斑点可以移位超过35 nm。发射器的质心位置通常远离纳米颗粒位置移动，这与纳米颗粒是将发射器的衍射斑点拉向其中心的散射物体的传统知识相矛盾。这些结果表明，介电失真的发射模式占主导地位的散射。我们还表明，通过监测的量子点衍射点的变形，我们可以获得高分辨率的纳米粒子的空间图像，提供了一种新的方法进行高精度，亚衍射空间成像。这些结果提供了一个更好的理解发射器和纳米结构之间的复杂的近场耦合，并开辟了新的机会，以更高的精度进行超分辨率显微镜。
Reducing the aperture size is a conventional technique to obtain enhanced image resolution in optics but it is obscured by depleting illumination. Polarization coded apertures (PCAs) can be employed to circumvent this critical artifact. We experimentally demonstrate intensity compensated polarization encrypted apertures, which are designed using the polarization modulation characteristics of LC-SLM. PCAs are not limited by the aperture size and hence far-field point spread function (PSF) can be more conveniently recorded using these PCAs. We experimentally validate that Depth of field (DOF) of…
The emergence of far-field super-resolution microscopy has rejuvenated the possibility for nanoscale imaging. Approaches to far-field super-resolution that utilize point scanning often depends on spatially reducing the size of the focused spot. However, the focused spot always achieves high resolution at the expense of extremely low light efficiency for the probing mainlobe and high-intensity sidelobes, which limits the applications in nanoscale imaging and might cause misinterpretation of samples. Here we report a sharp probing spot with the diffraction efficiency of 3.76% at the resolution o…
Natural van der Waals canalization lens for non-destructive nanoelectronic circuit imaging and inspection
针对传统光学检测分辨率不足、AFM无法分辨亚表面特征的问题，提出基于天然双轴α-MoO3晶体的范德华隧穿透镜方法，整合暗场散射光学与AFM优势，实现15nm分辨率的表面及埋层结构成像，助力下一代半导体制造。
Far Field measurement in the focal plane of a lens : a cautionary note
从理论上研究了基于透镜傅里叶特性的远场测量方法的精度。我们考虑一个简单的光学装置，其中通过克尔介质的光束的远场强度图案由位于薄透镜的后焦平面中的CCD相机记录。利用菲涅耳衍射公式和数值计算，我们研究了CCD摄像机轻微纵向错位的影响。考虑到相干高斯光束，我们表明，在CCD相机的位置的微小误差可以产生一个缩小的横向图案，而不是预期的和众所周知的扩大。这种现象是强大的，足以坚持强烈修改的存在噪声的非相干光束。这种现象的存在具有重要的后果的设计和实现的光学波湍流领域的实验中，非相干波达到的平衡光谱只能从一个仔细的远场分析确定。特别是，远场的意外变窄可能会被误认为是经典波凝聚的显着现象。最后，我们表明，在实验中使用的光学元件的有限尺寸产生的衍射图案，具有翅膀衰减的方式相媲美的瑞利-金斯分布达到非相干波系统在philicical平衡。
Diffraction-free natural optical skyrmions and their subwavelength confinement around vortices
研究发现光涡旋中存在自然斯格明子可实现无衍射传播，在光波长以下横向限制下均可，实验观察到远超预期的长距离无衍射传播，提供了新的非衍射传播形式，为应用带来新视角。
Note on the classification of super-resolution in far-field microscopy and information theory
近年来，一些远场显微镜技术已经发展，设法克服分辨率的衍射极限。显然需要为它们制定一个统一的分类办法。我们认为，现有的计划的基础上的信息容量的光学系统不能很容易地扩展到涵盖，例如，STED显微术或基于单分子成像的技术。我们建议分类的基础上重建的阿贝极限。
Discrete diffraction and shape-invariant beams in optical waveguide arrays
本文全面研究了离散光在均匀和弯曲波导阵列中的线性传播的一般特性，并与连续介质中的傍轴衍射进行了比较。特别地，利用矩量法和最陡下降法导出了描述均匀阵列中波束扩展、波束衰减和离散远场方向图的一般规律。在弯曲阵中，矩量法被推广到描述全局波束参数的演化。一个家庭的光束传播的弯曲阵列保持其功能的形状-称为离散贝塞尔光束-也介绍了。离散贝塞尔光束在波导阵列中的传输可以简单地用一个复$q$参数的演化来描述，该参数类似于高斯光束在连续透镜波导介质中的复$q$参数。讨论了$q$参数形式的几个应用，包括光束准直和多边形光学布洛赫振荡。\
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。
We generalize the notion of the Franhoufer diffraction from a single slit and a circular aperture to the case of partially temporal coherent and quasimonochromatic light. The problem is studied analytically and the effect of coherence length on the diffraction pattern is investigated. In this case the far-field distribution of the irradiance depends on the newly introduced parameter(decoherence parameter) which governs the deviation of the diffraction pattern from the usual one. The corrections due to temporal decoherency on the irradiance distribution in the far field is obtained. Numerical s…
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。
Diffraction-free space-time beams
无衍射光束自由传播而不改变形状和尺度。避免衍射扩展的单色光束需要二维横向轮廓，并且对于限于一个横向维度的轮廓没有对应的解决方案。在这里，我们证明了时间的自由度可以被利用来有效地合成一维脉冲光学片，在自由空间中自相似地传播。通过在光束的时空自由度之间引入可编程的圆锥形（双曲线、抛物线或椭圆形）光谱相关性，产生了连续的轴向不变脉冲局域光束族。这种光束的光谱轨迹是光锥与时空光谱平面相交处的降维轨迹。自相似轴向传播远非例外，它是空间和时间自由度紧密相关的场的一般特征。这些一维的“时空”光束在光学薄片显微镜、非线性光谱学和非接触测量中是有用的。
One highly desirable function of a diffraction grating is its ability to deflect incident light into a specific diffraction order with near-perfect efficiency. While such asymmetry can be achieved in a variety of ways, e.g., by using a sawtooth (blazed) geometry, a recently emerged approach is to use a planar metagrating comprised of designer multi-resonant periodic units (metamolecules). Here we demonstrate that a bianisotropic unit cell supporting four resonances interfering in the far field can be used as a building block for achieving the prefect deflection. A coupled mode analysis shows t…
Broadband and efficient diffraction
表面形貌决定了表面衍射的确定性功能。为了最大化衍射光学部件（诸如光栅或衍射透镜）将光引导到选定衍射级的效率，必须使其“闪耀”。迄今为止报道的大多数衍射光学元件的效率随波长而变化，并且闪耀仅在特定的标称能量（闪耀波长）下实现。在不期望的阶中的寄生光的存在代表了防止在宽带系统中使用衍射部件的严重限制。在这里，我们实验证明，宽带闪耀几乎一个倍频程可以通过结合先进的光学设计策略和人工介电材料，提供色散色差远强于传统的散装材料。在宽光谱范围内将能量保持在特定阶数的有效函数的可能性可以使先进的研究能够实现对光传播的更大控制，从而产生更紧凑，高效和通用的光学组件。
Unidirectional sub-diffraction waveguiding based on optical spin-orbit coupling in subwavelength plasmonic waveguides
亚波长等离子体波导显示出独特的强局域化（下至纳米级）和引导光的能力。这些结构本质上是双向光通信信道，提供两个相反的光传播方向。因此，当使用强聚焦光束将光直接从顶（或底）表面耦合到这些平面集成器件时，它被均等地共享到两个相反的传播方向。在这里，我们表明，对称性可以打破使用入射的圆偏振光，直接在波导弯曲的自旋轨道角动量转移的基础上。我们预测，高达94%的内耦合光被引导到一个单一的传播通道的间隙等离子体波导。远超过衍射极限的强局部化光能的单向传播通过偏振变得可切换，而不需要中间纳米天线/散射体作为光导向器。这项研究可能会在一个大的科学领域，如纳米光子电路，路由和排序，光学纳米传感，纳米光学捕获和操纵打开新的视角。
Diffraction gratings with high upward diffraction efficiency and large effective length are required for chip-scale light detection and ranging. In this paper, we propose a diffraction grating based on a multilayer silicon nitride waveguide, which theoretically achieves an upward diffraction efficiency of 92$\%$, a near-field effective length of 376 $μm$ and a far-field divergence angle of 0.105$^{\circ}$ at a wavelength of 850 nm. The diffraction grating has a high tolerance to process variations based on Monte Carlo Analysis. When the conditions are $\pm$5$\%$ layer thickness variation, $\pm…
Displacements and evolution of optical vortices in edge-diffracted Laguerre-Gaussian beams
基于基尔霍夫-菲涅耳近似，研究了拓扑荷|m| = 1，2的拉盖尔-高斯（LG）光束在传输过程中的光学涡旋行为。在弱衍射扰动的条件下（即衍射障碍物仅覆盖入射LG光束的远横向外围），OV在衍射光束体内描述了几乎完美的3D螺旋，这是OV光束的螺旋性质的令人印象深刻的证明。衍射光束截面内的远场OV位置取决于入射OV光束的波前曲率，使得输入波前曲率被转换成输出方位角OV旋转。所得结果可用于光学真空度的测量和光学真空度光束的诊断。
Image Priors for Single-Shot Coded Diffraction Phase Retrieval
该研究提出用单个随机相位掩模结合图像先验实现单次编码衍射相位恢复，经模拟和光学实验验证，可高效重建复值物体，为定量相位成像提供实用单次模态。
Impact of aberrations in SLM-based far-field holography
研究通过相机回路校准相位-only SLM，探讨远场全息中像差对图像质量和衍射效率的影响，并评估斑点对比度。
Theory of the far-field imaging beyond the Rayleigh limit based on the super-resonant lens
从本质上讲，提高成像系统分辨率的思想是提高其信息容量，通常由时间带宽（或空间频谱）积表示。本文介绍了超共振透镜的概念，并从理论上论证了当满足三个基本条件时，远场成像系统的信息容量可以得到有效的提高：超共振、被成像物体与所用超共振透镜之间的近场耦合以及宽带照明，从而使远场测量得到被成像物体的亚波长图像。此外，提出了一种单视图成像方案，并检查了远场成像超过衍射极限。这种新方法将在不久的将来成为纳米光刻、检测、传感或亚波长成像的突破。
Starting with Maxwell's equations, we derive the fundamental results of the Huygens-Fresnel-Kirchhoff and Rayleigh-Sommerfeld theories of scalar diffraction and scattering. These results are then extended to cover the case of vector electromagnetic fields. The famous Sommerfeld solution to the problem of diffraction from a perfectly conducting half-plane is elaborated. Far-field scattering of plane waves from obstacles is treated in some detail, and the well-known optical cross-section theorem, which relates the scattering cross-section of an obstacle to its forward scattering amplitude, is de…
Recently it was reported that deeply subwavelength features of free space superoscillatory electromagnetic fields can be observed experimentally and used in optical metrology with nanoscale resolution [Science 364, 771 (2019)]. Here we introduce a new type of imaging, termed Deeply Subwavelength Superoscillatory Imaging (DSSI), that reveals the fine structure of a physical object through its far-field scattering pattern under superoscillatory illumination. The object is reconstructed from intensity profiles of scattered light recorded for different positions of the object in the superoscillato…
Diffraction by a small aperture in conical geometry: Application to metal coated tips used in near-field scanning optical microscopy
从理论上研究了光通过圆锥形金属屏顶点处亚波长光阑的衍射问题。多极场展开的基础上开发的方法来解决麦克斯韦方程组解析使用的边界条件适用于圆锥形的几何形状和有限的电导率的一个真正的金属。详细讨论了衍射场的拓扑性质，并与平板屏小孔衍射场的拓扑性质作了比较。e.贝特的问题该模型适用于涂层，圆锥锥形光纤尖端，用于近场扫描光学显微镜。它表明，这样的提示行为在很大一部分的空间像一个简单的组合，位于顶点平面（电偶极子和磁偶极子平行于入射场在顶点），其确切的表达式被确定的两个有效的偶极子。然而，在P平面的大的“向后”发射-一个突出的实验事实，至今仍无法解释-在我们的分析，超越了双偶极子近似恢复。
We report the experimental demonstration of deeply subwavelength far-field optical imaging of unlabelled samples with resolution better than $λ/20$. We beat the ~$λ$/2 diffraction limit of conventional optical microscopy several times over by recording the intensity pattern of coherent light scattered from the object into the far-field. We retrieve information about the object with a deep learning neural network trained on scattering events from a large set of known objects.
Optical far-field super-resolution microscopy using nitrogen vacancy center ensemble in bulk diamond
利用金刚石中的氮空位中心阵列作为近场光学探针，实现了光学远场超分辨显微术。通过检测氮空位中心的电荷态转换，测量了金刚石表面纳米结构的局域光场。利用电荷态耗尽纳米尺度实现了氮空位中心的定位，空间分辨率为6.1nm。金刚石表面上的纳米结构然后以低于光学衍射极限的分辨率成像。研究结果为建立通用光学超分辨显微镜提供了一种途径，也为氮空位中心的高空间分辨率量子传感提供了一个方便的平台。
Focusing of light beyond the diffraction limit
衍射限制了光在光学系统中的行为，并将可实现的最小线宽设置为波长的一半。利用一种新型的亚波长等离子体透镜，通过非对称性降低衍射，产生并挤压波函数，入射光被孔径聚焦成一条宽度超过近区极限的单线。聚焦的场是辐射性的，能够传播到远区。光聚焦过程，除了学术上的兴趣，预计将开辟广泛的应用可能性。
Controllable localization and manipulation of optical hollow traps by means of optical-vortex diffraction
研究通过光学涡旋衍射实现光学空心陷阱可控定位与操纵，基于入射LG光束模型，通过改变屏幕边缘位置控制衍射场中OV核心位置，可实现亚纳米精度运动，分析了相关影响因素及微物体捕获操纵的有利条件。
Vectorial structure of a hard-edged-diffracted four-petal Gaussian beam in the far field
基于矢量角谱法和稳相法，利用圆孔函数可以展开为复高斯函数的有限和这一事实，导出了四瓣高斯光束经圆孔衍射后远场的解析矢量结构。研究了能流分布和孔径引入的衍射效应，并用图形说明。此外，还详细讨论了f参数和截断参数对非傍轴性的影响。此外，当截断参数趋于无穷大时，本文所得到的解析公式可以退化到无孔情况。这一工作有助于加深对FPGB经圆孔衍射的矢量特性的理解。
Using higher-order coherence of thermal light sources, the resolution power of standard x-ray imaging techniques can be enhanced. In this work, we applied the higher-order measurement to far-field x-ray diffraction and near-field phase contrast imaging (PCI), in order to achieve superresolution in x-ray diffraction and obtain enhanced intensity contrast in PCI. The cost of implementing such schemes is minimal compared to the methods that achieve similar effects by using entangled x-ray photon pairs.
Label-free incoherent super-resolution optical microscopy
本文提出 EPSLON 技术，利用氮化硅波导的倏逝衰减光致发光散射实现稳定、强度线性的无标记非相干近场照明，从而支持 SIM 与 IFON 突破远场衍射极限。
We propose a multi-field-coupled atomic model that exhibits controllable $symmetric$ and $asymmetric$ evolution of significantly enhanced diffraction peaks in an opto-atomic grating at far-field regime. Such results are obtained by the linear and nonlinear modulation of the intensities of the diffraction peaks as a result of multi-wave-mixing-induced modification of spatially modulated coherence in a closed four-level atomic system. Novelty of the results lies in predicting super symmetric alignment of the diffraction peaks due to the dominance of the amplitude part of the grating-transfer-fun…
Information about microscopic objects with features smaller than the diffraction limit is almost entirely lost in a far-field diffraction image but could be partly recovered with data completition techniques. Any such approach critically depends on the level of noise. This new path to superresolution has been recently investigated with the use of compressed sensing and machine learning. We demonstrate a two-stage technique based on deconvolution and genetic optimization which enables the recovery of objects with features of 1/10 of the wavelength. We indicate that l1-norm based optimization in…
Far field subwavelength imaging and focusing using a wire medium based resonant metalens
这是第二篇文章在一系列的两个处理的概念“共振超透镜”，我们最近介绍了[物理。104，203901（2010）]。它是一种能及时编码和有效辐射物体远场亚衍射信息的新型透镜。这种透镜的概念证明是在微波范围内进行的，使用由具有有限长度的平行导线的正方形晶格制成的介质。我们研究了一种时间反转的亚波长聚焦方案，并在实验上得到了焦宽为λ/25的光斑。通过基于互相关的成像过程，我们示出了分辨率为λ/80的图像重建。最后，我们讨论这种镜头的局限性，主要是在损失。
Fine features of optical potential well induced by nonlinearity
针对光镊捕获粒子的势阱特性受光学衍射极限限制的问题，提出利用粒子材料非线性构建不受衍射极限约束的精细光势阱，实现亚衍射阱宽，为高精度光学操控与计量提供新平台。
Accurate feeding of nano antenna by polarization singularities for lateral and rotational displacement sensing
亚波长物体和位移的测量是纳米光学测量的关键。我们在这封信中表明，纳米天线与亚波长结构可以精确地解决入射光束的奇异性。这种超过衍射极限的精确馈送可以导致远场中单向散射的动态控制。入射奇异波束的偏振不连续性与天线附近的快速相位变化相结合，导致远场散射对深亚波长尺度位移的显著敏感性。提出了一种基于奇异光学与纳米天线相互作用的远场深亚波长位置探测方法。
Fundamental Bounds on Radio Localization Precision in the Far Field
本文从实验和理论上研究了远场接收信号强度（RSS）测量无线电定位精度的基本界限。RSS测量与功率流测量成比例，功率流测量在与辐射的相干时间相比长的周期上时间平均。我们的实验是在一个新的本地化设置使用2.4GHz的准单色辐射，这对应于12.5厘米的平均波长。我们的实验和理论表明，RSS测量是互相关的最小距离，接近衍射极限，这等于一半的平均波长的辐射。我们的实验表明，测量RSS超过一个样本每一半的平均波长的采样密度不增加本地化精度，作为根均方误差（RMSE）渐近收敛到大约一半的平均波长。这增加了衍射极限确定（1）定位精度的下限和（2）提供最佳定位精度的采样密度的证据。我们通过实验验证了Fisher信息，Cramér-Rao下限（CRLB）和不确定性之间的理论关系，其中不确定性是由相干性和散斑理论导出的衍射下界。当我们将Fisher信息与衍射相协调时，CRLB与实验结果的准确度为97- 98%。
The resolution of optical imaging devices is ultimately limited by the diffraction of light. To circumvent this limit, modern super-resolution microscopy techniques employ active interaction with the object by exploiting its optical nonlinearities, nonclassical properties of the illumination beam, or near-field probing. Thus, they are not applicable whenever such interaction is not possible, for example, in astronomy or non-invasive biological imaging. Far-field, linear-optical super-resolution techniques based on passive analysis of light coming from the object would cover these gaps. In this…
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。
扫码添加微信好友，提出您的宝贵建议 👇
💡 备注请填写：网站反馈
发表机构由 AI 从论文文本抽取，如发现错误，欢迎反馈修正建议。