张伟华教授课题组在精密光学测量方向取得进展

我院张伟华教授课题组在精密光学测量方向取得重要进展,相关成果以《Revisiting Newton’s rings with a plasmonic optical flat for high-accuracy surface inspection》为题发表于自然出版集团旗下杂志Light: Science & Applications上(doi:10.1038/lsa.2016.156)。南京大学博士研究生郑耘与助理研究员边捷博士为该文共同第一作者,张伟华教授为通讯作者。

 1704年牛顿发表《Opticks》一书,并利用牛顿环实验给出等厚干涉的定量规律。自此等厚干涉现象即被广泛应用于表面精密检测中,利用参考光学平面与被测表面间形成的干涉条纹,工程师可用肉眼直接检测到小至十分之一波长的表面起伏。但检测精度的进一步提高则依赖于昂贵与复杂的激光干涉测量设备。

张伟华课题组行与瑞士洛桑联邦理工学院Martin教授合作,使用“等离激元光学平板”(Plasmonic optical flat)将传统等厚干涉技术的灵敏度提高了40倍,探测极限达到3个皮米。该技术不需要激光光源,通过观察色彩变化即可分辨出金属表面在三维空间中的各种微小起伏,为低成本、快速、高精度的表面检测提供手段。

此外,为实现精确距离标定,该工作发展了二维纳米结构间的高精度调控技术,可以以纳米精度动态调控宏观结构间的距离。这为研究二维纳米结构间的近场耦合,增强与调控纳米尺度内光-物质相互作用,并进一步实现超灵敏传感技术提供了基础。

研究得到了国家重点基础研究计划(青年“973”、“纳米科重点专项、国家自然科学基金项目、中组部青年千人计划等基金、江苏省优势学科的资助。

1 a)等离激元牛顿环实验示意图。(b)等离激元牛顿环实验照片


2 a)基于“等离激光学平板”的快速高精度表面检测方法示意图。(b)“等离激元光学平板”照片。(c15nmNJU字样样品的原子力显微镜扫描图。(d)“等离激元光学平板”与样品的等厚干涉图照片。