南洋理工大学 学分:南洋理工大学 新加坡南洋理工大学(NTU新加坡)的科学家开发了一种利用光测量纳米级距离的新方法——一纳米等于十亿分之一米
使用光来观察物体的设备，如显微镜，有一个基于物理定律的基本限制，这就是它们的分辨能力
光学设备能够可靠成像的最小距离等于所用光波长的一半，称为“衍射极限”
" 因此衍射极限在400纳米以上，大约是近红外光波长的一半
这比人类头发的宽度(100微米)小250倍
但是，由于科学家们对观察极小的物体感兴趣，如大小从10纳米到100纳米的病毒和纳米粒子，400纳米的光学分辨率是不够的
目前，纳米尺度的测量是使用间接或非光学方法进行的，例如扫描电子显微镜，这并不总是可行的，可能是耗时的，并且需要昂贵的设备来操作
然而，发表在《科学》杂志上的一项发现是由尼古拉·哲鲁德夫教授和
NTU物理与数学科学学院的袁广辉描述了一种新的光学方法，这种方法可以利用近红外光测量一纳米的位移——这是有史以来直接测量的最小距离
他们的理论计算表明，基于这种方法的设备最终可以测量1/4000光波长的距离，大致相当于单个原子的大小
他们的成就是通过使用一层100纳米厚的金膜来实现的，膜上有超过10000个微小的狭缝来衍射激光，并利用一种被称为“超振动”的光学现象
" 超振动的概念最早出现在20世纪80年代，源于以色列物理学家亚克·阿哈诺夫的量子物理研究，随后被英国物理学家白睿文推广到光学和其他领域
当光波中的“亚波长”比光波本身振荡得更快时，就会发生超振荡
它是如何工作的 “我们的设备在概念上非常简单，”博士说
袁，光子学研究所破坏性光子技术中心博士后
“让它工作的是狭缝排列的精确模式
图案中有两种类型的狭缝，彼此成直角
当偏振激光照射到金膜上时，它会产生一种包含极其微小特征的干涉图案，比光的波长小得多
" 这种偏振光从Zheludev和袁的装置散射后，产生两束交叉偏振光束:一束是包含快速相位变化的超振荡“干涉图样”，另一束是检测超振荡场相位的参考波
根据相位，可以计算超振荡的梯度，或“局部波矢”，它具有极窄的宽度(比衍射极限窄400倍)，因此可以用作高分辨率的光学标尺
NTU科学家必须克服的一个障碍是，这些最小的超振动不是出现在光波的振幅中，而是出现在它的相位中
为了绘制光场的相位图，科学家们必须设计一种特殊的技术，可以比较激光不同偏振态产生的强度
NTU光子学研究所的联合主任哲鲁德夫教授说:“这种相位敏感技术比以前利用超振动进行光学测量的尝试有了很大的进步。”
“由我们和其他人开发的早期方法，使用了一类与局部‘热点’强度相对应的超杀头
热点的优点是易于检测
然而，如果目标是测量尽可能短的距离，相位超杀生更合适，因为它们的尺寸更小
" 未来应用 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在工业上得到应用: “这种光学测量方法在未来将非常有用，例如在需要极其精确的光学测量的电子制造和质量控制中，以及监测纳米器件本身的完整性
" 展望未来，该团队的目标是开发一种使用光纤的紧凑型仪器，并将该技术商业化，作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子器件，它们是电信行业的支柱
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