RU171360U1

RU171360U1 - Scanning device based on Nipkov disk with subdiffraction resolution in millimeter, terahertz, infrared and optical wavelength ranges

Info

Publication number: RU171360U1
Application number: RU2016148798U
Authority: RU
Inventors: Игорь Владиленович Минин; Олег Владиленович Минин
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2017-05-29

Abstract

Полезная модель относится к сканирующим устройствам с субдифракционным разрешением и может быть применена в системах построения изображения объектов, в конфокальном микроскопе. Устройство сканирования на основе диска Нипкова с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцовом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн, состоящее из источника излучения, плоского вращающегося вокруг своей оптической оси диска, непрозрачного для падающего излучения, в котором перпендикулярно плоскости диска выполнены сквозные круглые отверстия равного диаметра, расположенные по спирали и фокусирующие излучение линз, расположенных в этих отверстиях, приемника излучения. В области фокусировки линз вдоль траектории перемещения области фокусировки соответствующей линзы на одинаковом расстоянии друг от друга расположены параллельно плоскости вращающегося диска на общей тонкой подложке неподвижные диэлектрические частички с характерным размером не менее λ/2, где λ - длина волны используемого излучения, с коэффициентом преломления материала, лежащего в диапазоне от 1,2 до 1,7, формирующие на внешней границе диэлектрической частички с противоположной стороны от падающего излучения области с повышенной интенсивностью излучения с поперечными размерами порядка λ/3-λ/4 и протяженностью не более 10 λ. Технический результат - повышение пространственного разрешения сканирующего устройства. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.The utility model relates to scanning devices with subdiffraction resolution and can be used in imaging systems of objects, in a confocal microscope. A scanning device based on a Nipkov disk with a subdiffraction resolution in the millimeter, terahertz, infrared, and optical wavelength ranges, consisting of a radiation source that rotates flat around its optical axis and is opaque to the incident radiation, in which through holes of equal diameter are made perpendicular to the plane of the disk located in a spiral and focusing the radiation of the lenses located in these holes of the radiation receiver. In the focusing area of the lenses along the moving path of the focusing area of the corresponding lens at the same distance from each other, stationary dielectric particles with a characteristic size of at least λ / 2, where λ is the wavelength of the radiation used, with the refractive index of the material are located parallel to the plane of the rotating disk lying in the range from 1.2 to 1.7, forming on the outer border of the dielectric particles on the opposite side of the incident radiation of the region with increased intensity ivnostyu radiation with transverse dimensions of the order of λ / 3-λ / 4 and a length of not more than 10 λ. EFFECT: increased spatial resolution of a scanning device. 2 n.p. f-ly, 3 ill.

Description

Полезная модель относится к сканирующим устройствам с субдифракционным разрешением, предназначенным для работы в оптическом, инфракрасном и террагерцовом диапазонах длин волн, может быть применено в системах построения изображения объектов, в конфокальном микроскопе.The utility model relates to scanning devices with sub-diffraction resolution, designed to operate in the optical, infrared and terrahertz ranges of wavelengths, and can be used in imaging systems of objects in a confocal microscope.

Устройства сканирования электромагнитным излучением являются одним из основных элементов фотоники. Устройства сканирования электромагнитным излучением, включая излучения в террагерцовом и оптическом диапазонах длин волн, применяются в системах построения изображения объектов с субволновым разрешением, в том числе, в конфокальном микроскопе.Electromagnetic radiation scanning devices are one of the main elements of photonics. Scanning devices with electromagnetic radiation, including radiation in the terahertz and optical wavelength ranges, are used in imaging systems with subwavelength resolution, including in a confocal microscope.

Известно сканирующее устройство на основе диска Нипкова, состоящее из вращающегося вокруг своей оптической оси плоского диска, непрозрачного для падающего излучения, в котором выполнены отверстия равного диаметра, расположенные перпендикулярно к плоскости диска, и диаметром, равным нескольким длинам волн падающего излучения, расположенных по спирали Архимеда [J. Baird, “Apparatus for transmitting views or images to a distance” patent, US 1699270, January 1929; Ma Y., Patent US 1973203, Grant J., Saha S., Cumming D. Terahertz single pixel imaging based on a Nipkow disk. // Opics Letters, 2012, 37(9), pp. 1484-1486; Jose Soto, J. A. Davila. A technique for the fast raster-scannned motion of a small window for millimeter-wave image acquisition // Microwave and optical technology letters, 2002, vol. 32, N 6, march 20, pp. 440-442]. При этом диск сканирующего устройства может быть выполнен из материала, поглощающего падающее излучение или отражающее его. Диск Нипкова использовался в развертывающей системе первого телевизора в 1926 году.A scanning device based on the Nipkov disk is known, consisting of a flat disk rotating around its optical axis, opaque to incident radiation, in which holes of equal diameter are arranged perpendicular to the plane of the disk, and with a diameter equal to several wavelengths of incident radiation arranged in a spiral of Archimedes [J. Baird, “Apparatus for transmitting views or images to a distance” patent, US 1699270, January 1929; Ma Y., Patent US 1973203, Grant J., Saha S., Cumming D. Terahertz single pixel imaging based on a Nipkow disk. // Opics Letters, 2012, 37 (9), pp. 1484-1486; Jose Soto, J. A. Davila. A technique for the fast raster-scannned motion of a small window for millimeter-wave image acquisition // Microwave and optical technology letters, 2002, vol. 32, N 6, march 20, pp. 440-442]. In this case, the disk of the scanning device can be made of material that absorbs incident radiation or reflects it. Nipkov’s disk was used in the deployment system of the first television in 1926.

Пространственное разрешение сканирующего устройства определяется величиной отверстия в диске и ограничивается дифракцией излучения на отверстии. Малый размер отверстия необходим для достижения высокого пространственного разрешения, но при этом уменьшается доля энергии излучения проходящего через отверстие, т.к она пропорциональна диаметру отверстия.The spatial resolution of the scanning device is determined by the size of the hole in the disk and is limited by the diffraction of radiation at the hole. The small size of the hole is necessary to achieve high spatial resolution, but this reduces the fraction of the radiation energy passing through the hole, because it is proportional to the diameter of the hole.

Недостатками устройства являются низкое пространственное разрешение и малая доля проходимого излучения через отверстия в диске.The disadvantages of the device are low spatial resolution and a small fraction of the transmitted radiation through the holes in the disk.

Известно техническое решение сканирующего устройства [T. Tanaami and K. Mikuriya, “Nipkow disk for confocal optical scanner” European Patent Office, EP 0539691 A2, 5 May 1993; Chong Li, James Grant, Jue Wang, and David R.S. Cumming A Nipkow disk integrated with Fresnel lenses for terahertz single pixel imaging // OPTICS EXPRESS, 21 October 2013, | Vol. 21, No. 21, | DOI:10.1364/OE.21.024452, pp. 24452–24459], в котором для развертки изображения используется диск Нипкова, при этом в отверстиях диска размещаются линзы Френеля. Увеличенный размер отверстий в диске позволяет увеличить долю энергии излучения, проходящего через отверстия.A known technical solution of the scanning device [T. Tanaami and K. Mikuriya, “Nipkow disk for confocal optical scanner” European Patent Office, EP 0539691 A2, 5 May 1993; Chong Li, James Grant, Jue Wang, and David R.S. Cumming A Nipkow disk integrated with Fresnel lenses for terahertz single pixel imaging // OPTICS EXPRESS, October 21, 2013, | Vol. 21, No. 21, | DOI: 10.1364 / OE.21.024452, pp. 24452-24459], in which the Nipkova disk is used to scan the image, while Fresnel lenses are placed in the holes of the disk. The increased size of the holes in the disk allows you to increase the fraction of the radiation energy passing through the holes.

Область фокусировки излучения у таких линз имеет вид эллипсоида вращения. Минимальный размер поперечной оси эллипсоида вращения на уровне половинной мощности для идеальной безаберрационной линзы равен 1,22λF/D, где λ - длина волны используемого излучения, F - расстояние от линзы до области фокусировки, D - размер апертуры линзы. Размер продольной полуоси эллипсоида равен примерно 8λ(F/D)² [Борн М., Вольф Э. Основы оптики. - М.: Мир, 1978].The radiation focusing region for such lenses has the form of an ellipsoid of revolution. The minimum size of the transverse axis of the ellipsoid of revolution at half power for an ideal non-aberrational lens is 1.22λF / D, where λ is the wavelength of the radiation used, F is the distance from the lens to the focus area, D is the size of the lens aperture. The size of the longitudinal axis of the ellipsoid is approximately 8λ (F / D) ² [Born M., Wolf E. Fundamentals of Optics. - M.: Mir, 1978].

Недостатками устройства являются низкое пространственное разрешение, достижимое в сканирующем устройстве.The disadvantages of the device are the low spatial resolution achievable in the scanning device.

Известно сканирующее устройство [Схемы и параметры тепловизоров с оптико-механическим сканированием - Тепловизоры Сайт электрические сети, http://leg.co.ua/arhiv/raznoe-arhiv/teplovizory-5.html], в котором для развертки изображения используется диск Нипкова, в котором отверстия заменены линзами, расположенные по спирали Архимеда. Данное техническое решение принято за прототип. Сканирующий диск выполнен с однородным по излучательной способности покрытием их черного хрома, исключающим паразитную модуляцию видеосигнала. Данное сканирующее устройство применяется в тепловизоре «Янтарь-МТ». Для развертки изображения используется диск Нипкова из 45 линз, расположенных по спирали Архимеда. Из них 40 используется для сканирования, а 5 - для уменьшения скачка видеосигнала во время обратного хода сканирования и возмущающих переходных процессов в тракте видеосигнала. Сканирующий диск выполнен с однородным по излучательной способности покрытием из черного хрома, исключающим паразитную модуляцию видеосигнала. Инфракрасное излучение через трехкомпонентный объектив, диафрагму, линзы в диске, зеркало и конденсор попадает на приемник излучения, подключенный к входам предусилителей переменного напряжения. Работающий от синхронизирующих отверстий в диске оптронный датчик кадровой и строчной синхронизации обеспечивает с помощью ключей поочередную, с подкадровой частотой 25 Гц, подачу видеосигнала с предусилителей на видеоусилитель, имеющий в своем составе формирователь изотермы с регулируемой щириной. Сканирующий диск вращается с частотой 25 с^-1, полный кадр формируется за два оборота диска. Блоки кадровой и строчной разверток электронно-лучевой трубки типа 23ЛК2Б обеспечивают генерирование пилообразных напряжений таким образом, что растр предыдущего подкадра располагается между растром последующего по сигналам схемы черезстрочной развертки и блока синхронизации.A scanning device is known [Schemes and parameters of thermal imagers with optical-mechanical scanning - Thermal imagers Electrical network site, http://leg.co.ua/arhiv/raznoe-arhiv/teplovizory-5.html], in which Nipkova disk is used to scan the image in which the holes are replaced by lenses arranged in a spiral of Archimedes. This technical solution is taken as a prototype. The scanning disk is made with a coating of their black chrome uniform in emissivity, eliminating spurious modulation of the video signal. This scanning device is used in the Yantar-MT thermal imager. To scan the image, a Nipkova disk of 45 lenses arranged in a spiral of Archimedes is used. Of these, 40 are used for scanning, and 5 - to reduce the jump in the video signal during the reverse scan and disturbing transients in the video signal path. The scanning disk is made with a coating of black chrome uniform in emissivity, eliminating spurious modulation of the video signal. Infrared radiation through a three-component lens, aperture, lenses in the disk, a mirror and a condenser enters the radiation receiver connected to the inputs of the AC preamplifiers. An optronic sensor for vertical and horizontal synchronization, operating from synchronizing holes in the disk, provides, with the help of keys, a video signal from the preamplifiers to the video amplifier, which incorporates an isotherm shaper with an adjustable width, in turn, with a subframe frequency of 25 Hz. The scanning disk rotates at a frequency of 25 s ^-1 , a full frame is formed in two turns of the disk. 23LK2B type cathode-ray and line-scan units provide sawtooth voltages in such a way that the raster of the previous subframe is located between the raster of the next sub-frame according to the signals of the interlace scanning circuit and synchronization block.

Большой диаметр линз позволяет увеличить долю энергии излучения, проходимого через отверстия в диске. Пространственное разрешение в сканирующем устройстве ограничено разрешением линз и не превышает дифракционного предела.The large diameter of the lens allows you to increase the fraction of the energy of radiation transmitted through the holes in the disk. The spatial resolution in the scanning device is limited by the resolution of the lenses and does not exceed the diffraction limit.

Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно повышение пространственного разрешения сканирующего устройства.The objective of the utility model is to eliminate these disadvantages, namely increasing the spatial resolution of the scanning device.

Заявляемое сканирующее устройство с субдифракционным разрешением, кроме того, обеспечивает актуальное расширение приборного арсенала современных устройств фотоники.The inventive scanning device with a sub-diffraction resolution, in addition, provides an actual extension of the instrument arsenal of modern photonics devices.

Известно, что фундаментальный рэлеевский критерий разрешения оптических систем заключается в том, что минимальный размер различимого объекта несколько меньше длины волны используемого излучения и принципиально ограничен дифракцией этого излучения [Борн М., Вольф Э. Основы оптики. - М.: Мир, 1978]. Невозможность сфокусировать свет в свободном пространстве в пятно с размерами меньше некоторого дифракционного предела следует и из соотношения типа соотношения неопределенностей Гейзенберга [Minin I.V., Minin O.V. Experimental verification 3D subwavelength resolution beyond the diffraction limit with zone plate in millimeter wave // Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 56, No. 10, October 2014, 2436-2439].It is known that the fundamental Rayleigh criterion for resolving optical systems is that the minimum size of a distinguishable object is slightly less than the wavelength of the radiation used and is fundamentally limited by the diffraction of this radiation [Born M., Wolf E. Fundamentals of Optics. - M.: Mir, 1978]. The inability to focus light in free space into a spot with dimensions less than a certain diffraction limit also follows from a relationship such as the Heisenberg uncertainty relation [Minin I.V., Minin O.V. Experimental verification 3D subwavelength resolution beyond the diffraction limit with zone plate in millimeter wave // Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 56, No. 10, October 2014, 2436-2439].

Под преодолением дифракционного предела понимается фокусировка излучения в пятно с размерами меньше, чем у пятна Эйри [Борн М., Вольф Э. Основы оптики. - М.: Мир, 1978].By overcoming the diffraction limit is meant focusing radiation into a spot with dimensions smaller than that of an Airy spot [M. Born, E. Wolf. Fundamentals of Optics. - M.: Mir, 1978].

В результате проведенных исследований было обнаружено что при облучении диэлектрических частичек с характерным размером не менее λ/2, где λ - длина волны используемого излучения, с коэффициентом преломления материала, лежащего в диапазоне от 1,2 до 1,7, происходит формирование на ее внешней границе с противоположной стороны от падающего излучения области с повышенной интенсивностью излучения с поперечными размерами порядка λ/3-λ/4 и протяженностью не более 10 λ. При этом диэлектрические частицы могут иметь различную форму поверхности: шар, цилиндр, диск, кубик, пирамида, усеченная пирамида и т.д. [И.В. Минин, О.В. Минин. Фотоника изолированных диэлектрических частиц произвольной трехмерной формы - новое направление оптических информационных технологий // "Вестник НГУ. Серия: Информационные технологии". 2014, №4, С. 4-10; Minin I.V., Minin O.V., Kharitoshin N.A. Localized high field enhancements from hemispherical 3D mesoscale dielectric particles in the reflection mode // 16th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices June 29 - July 3, 2015; V. Pacheco-Pena, M. Beruete, I. V. Minin, O. V. Minin. Terajets produced by 3D dielectric cuboids // Appl. Phys. Lett. V. 105, 084102 (2014)]. Кроме того, формирование области с повышенной интенсивностью излучения и с поперечными размерами порядка λ/3-λ/4 происходит и в случае при их облучении диэлектрической волной с плоским фронтом и сферически сходящимся фронтом.As a result of the studies, it was found that when irradiating dielectric particles with a characteristic size of at least λ / 2, where λ is the wavelength of the radiation used, with a refractive index of a material lying in the range from 1.2 to 1.7, formation on its external the boundary on the opposite side from the incident radiation of the region with increased radiation intensity with transverse dimensions of the order of λ / 3-λ / 4 and a length of not more than 10 λ. In this case, dielectric particles can have a different surface shape: ball, cylinder, disk, cube, pyramid, truncated pyramid, etc. [I.V. Minin, O.V. Minin. Photonics of isolated dielectric particles of arbitrary three-dimensional shape - a new direction in optical information technology // "Vestnik NSU. Series: Information Technology". 2014, No. 4, S. 4-10; Minin I.V., Minin O.V., Kharitoshin N.A. Localized high field enhancements from hemispherical 3D mesoscale dielectric particles in the reflection mode // 16th International Conference of Young Specialists on Micro / Nanotechnologies and Electron Devices June 29 - July 3, 2015; V. Pacheco-Pena, M. Beruete, I. V. Minin, O. V. Minin. Terajets produced by 3D dielectric cuboids // Appl. Phys. Lett. V. 105, 084102 (2014)]. In addition, the formation of a region with increased radiation intensity and with transverse dimensions of the order of λ / 3-λ / 4 occurs also in the case when they are irradiated with a dielectric wave with a flat front and a spherically converging front.

На основе диэлектрических частичек, формирующих области с повышенной интенсивностью излучения с поперечными размерами порядка λ/3-λ/4, возможно разработать сканирующее устройство со сверхдифракционным разрешением.Based on dielectric particles forming regions with increased radiation intensity with transverse dimensions of the order of λ / 3-λ / 4, it is possible to develop a scanning device with super-diffraction resolution.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве сканирования на основе диска Нипкова с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцовом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн, состоящем из источника излучения, плоского вращающегося вокруг своей оптической оси диска, непрозрачного для падающего излучения, в котором перпендикулярно плоскости диска выполнены сквозные круглые отверстия равного диаметра, расположенные по спирали, и фокусирующих излучение линз, расположенных в этих отверстиях, приемника излучения, при этом в области фокусировки линз, вдоль траектории перемещения области фокусировки соответствующей линзы, на одинаковом расстоянии друг от друга, расположены параллельно плоскости вращающегося диска на общей тонкой подложке, неподвижные диэлектрические частички с характерным размером не менее λ/2, где λ - длина волны используемого излучения, с коэффициентом преломления материала, лежащего в диапазоне от 1,2 до 1,7, формирующие на внешней границе диэлектрической частички с противоположной стороны от падающего излучения области с повышенной интенсивностью излучения с поперечными размерами порядка λ/3-λ/4 и протяженностью не более 10 λ.The problem is achieved in that in a scanning device based on a Nipkov disk with a subdiffraction resolution in the millimeter, terahertz, infrared and optical wavelength ranges, consisting of a radiation source that is flat rotating around its optical axis, opaque to the incident radiation, in which it is perpendicular to the plane the disk is made through circular holes of equal diameter, arranged in a spiral, and focusing the radiation of the lenses located in these holes, the radiation receiver while in the focusing area of the lenses, along the trajectory of the focusing area of the corresponding lens, at the same distance from each other, stationary dielectric particles with a characteristic size of at least λ / 2 are located parallel to the plane of the rotating disk, where λ is the wavelength used radiation, with a refractive index of a material lying in the range from 1.2 to 1.7, forming at the outer boundary of the dielectric particles on the opposite side of the incident radiation of the region with high ennoy intensity radiation to the transverse dimensions of the order of λ / 3-λ / 4 and a length of not more than 10 λ.

Кроме того, параллельно плоскости вращающегося диска установлен второй синхронно вращающийся с ним диск на расстоянии, равном фокусному расстоянию фокусирующих линз, а в области фокусировки линз расположены диэлектрические частички с характерным размером не менее λ/2, где λ - длина волны используемого излучения, с коэффициентом преломления материала, лежащего в диапазоне от 1,2 до 1,7, формирующие на ее внешней границе с противоположной стороны от падающего излучения области с повышенной интенсивностью излучения с поперечными размерами порядка λ/3-λ/4 и протяженностью не более 10 λ, при этом диск выполнен из непрозрачного для падающего излучения материала, кроме мест расположения диэлектрических частиц.In addition, a second disk synchronously rotating with it is installed parallel to the plane of the rotating disk at a distance equal to the focal length of the focusing lenses, and dielectric particles with a characteristic size of at least λ / 2, where λ is the wavelength of the radiation used, with the coefficient the refraction of a material lying in the range from 1.2 to 1.7, forming at its outer boundary on the opposite side from the incident radiation, regions with increased radiation intensity with transverse dimensions Row λ / 3-λ / 4 and a length of not more than 10 λ, wherein the disc is made of an opaque material to incident radiation, except where dielectric particles location.

Полезная модель поясняется чертежами.The utility model is illustrated by drawings.

На фиг. 1 приведена схема диска Нипкова с линзами, расположенными в сканирующих отверстиях. In FIG. 1 shows a diagram of a Nipkova disk with lenses located in the scanning holes.

На фиг. 2 приведена схема сканирующего устройства на основе диска Нипкова с субдифракционным разрешением с тонкой подложкой с диэлектрическими частицами, формирующими области с повышенной интенсивностью излучения с поперечными размерами порядка λ/3-λ/4 и протяженностью не более 10 λ.In FIG. Figure 2 shows a scanning device based on a Nipkov disk with a subdiffraction resolution with a thin substrate with dielectric particles forming regions with increased radiation intensity with transverse dimensions of the order of λ / 3-λ / 4 and a length of no more than 10 λ.

На фиг. 3 приведена схема сканирующего устройства на основе диска Нипкова с субдифракционным разрешением со вторым синхронно вращающимся диском с диэлектрическими частицами, формирующими области с повышенной интенсивностью излучения с поперечными размерами порядка λ/3-λ/4 и протяженностью не более 10 λ.In FIG. Figure 3 shows a scanning device based on a Nipkov disk with a subdiffraction resolution with a second synchronously rotating disk with dielectric particles forming regions with increased radiation intensity with transverse dimensions of the order of λ / 3-λ / 4 and a length of no more than 10 λ.

Обозначения: 1 - плоский вращающийся диск, не прозрачный для падающего излучения, 2 - отверстия в диске, расположенные на равных расстояниях и одного диаметра, 3 - линза, фокусирующая излучение и расположенная в отверстиях диска, 4 - тонкая подложка, установленная в области фокусировки линз, расположенных на вращающимся диске 1, 5 - диэлектрические частицы, расположенные вдоль траектории перемещения области фокусировки соответствующей линзы 3 на подложке 4, 6 - область с повышенной интенсивностью излучения и поперечными размерами порядка λ/3-λ/4 и протяженностью не более 10 λ, 7 - падающее на диск излучение, 8 - траектория области фокусировки линз 3 по диску 4, 9 - второй синхронно вращающийся диск с диском 1.Designations: 1 - a flat rotating disk that is not transparent for incident radiation, 2 - holes in the disk located at equal distances and of the same diameter, 3 - lens focusing radiation and located in the holes of the disk, 4 - thin substrate installed in the focus area of the lenses located on a rotating disk 1, 5 - dielectric particles located along the trajectory of the focus area of the corresponding lens 3 on the substrate 4, 6 - a region with increased radiation intensity and transverse dimensions of the order of λ / 3-λ / 4 and with a length of not more than 10 λ, 7 — radiation incident on the disk, 8 — trajectory of the lens focusing region 3 along disk 4, 9 — second synchronously rotating disk with disk 1.

Работа сканирующего устройства на основе диска Нипкова с субдифракционным разрешением с дополнительной тонкой подложкой, на которой размещены диэлектрические частицы, формирующие области с повышенной интенсивностью излучения с поперечными размерами порядка λ/3-λ/4 и протяженностью не более 10 λ, происходит следующим образом. Электромагнитное или оптическое излучение 7 падает на плоский вращающийся диск 1, в котором выполнены отверстия 2 по спирали Архимеда. В этих отверстиях 2 размещены линзы 3, фокусирующие падающее на них излучение 7 на диэлектрические частицы 5, расположенные вдоль траектории 8 области фокусировки линз 3 на тонкой общей подложке 4. Тонкая подложка 4 выполнена непрозрачной для падающего на него излучения, кроме мест размещения диэлектрических частиц 5. Диэлектрические частицы 5 преобразуют падающее на них излучение в область 6 с повышенной интенсивностью излучения и с поперечными размерами порядка λ/3-λ/4 и протяженностью не более 10 λ. При вращении диска 1 область фокусировки линз 3 перемещается последовательно по диэлектрическим частицам 5, которые формируют области повышенной интенсивности излучения и с малыми поперечными размерами 6. Поперечный размер области с повышенной интенсивностью излучения струи меньше дифракционного разрешения идеальных линз 3. Область фокуса у такой диэлектрической частицы 5 (область локализации сфокусированного электромагнитного поля) начинается непосредственно у теневой поверхности частицы, что позволяет ее расположить непосредственно в отверстии. А минимальный характерный размер диэлектрической частицы, формирующей данную область 6, составляет λ/3-λ/4 и протяженностью не более 10 λ, что определяет разрешающую способность сканирующего устройства.The operation of a scanning device based on a Nipkov disk with a subdiffraction resolution with an additional thin substrate, on which dielectric particles are placed, forming regions with increased radiation intensity with transverse dimensions of the order of λ / 3-λ / 4 and a length of no more than 10 λ, proceeds as follows. Electromagnetic or optical radiation 7 falls on a flat rotating disk 1, in which holes 2 are made in a spiral of Archimedes. In these holes 2 are placed lenses 3 focusing the incident radiation 7 on them to dielectric particles 5 located along the path 8 of the focusing area of the lenses 3 on a thin common substrate 4. The thin substrate 4 is made opaque to the radiation incident on it, except for the locations of the dielectric particles 5 Dielectric particles 5 transform the radiation incident on them into region 6 with increased radiation intensity and with transverse dimensions of the order of λ / 3-λ / 4 and a length of not more than 10 λ. When the disk 1 rotates, the focusing area of the lenses 3 moves sequentially along the dielectric particles 5, which form regions of increased radiation intensity and with small transverse dimensions 6. The transverse size of the region with increased radiation intensity of the jet is less than the diffraction resolution of ideal lenses 3. The focus area of such a dielectric particle 5 (the area of localization of the focused electromagnetic field) begins directly at the shadow surface of the particle, which allows it to be located directly but in the hole. And the minimum characteristic size of the dielectric particle forming this region 6 is λ / 3-λ / 4 and a length of not more than 10 λ, which determines the resolution of the scanning device.

Установлено, что за счет меньшего объема области фокусировки диэлектрической частицы достигается повышение интенсивности прошедшего через отверстия излучения не менее чем 5-10 раз. Кроме того, непосредственно у объектов исследования или наблюдения находится неподвижная подложка 4 и, следовательно, аэродинамические потоки воздуха, возникающие при вращении диска 1, не влияют на объекты исследования.It was found that due to the smaller volume of the focusing region of the dielectric particle, an increase in the intensity of the radiation transmitted through the holes is achieved by at least 5-10 times. In addition, directly at the objects of study or observation there is a fixed substrate 4 and, therefore, the aerodynamic air flows arising from the rotation of the disk 1 do not affect the objects of study.

Работа сканирующего устройства на основе диска Нипкова с субдифракционным разрешением с дополнительным синхронно вращающимся диском, в котором размещены диэлектрические частицы, формирующие области с повышенной интенсивностью излучения с поперечными размерами порядка λ/3-λ/4 и протяженностью не более 10 λ, происходит следующим образом.The operation of a scanning device based on a Nipkov disk with a subdiffraction resolution with an additional synchronously rotating disk, in which dielectric particles are placed, forming regions with increased radiation intensity with transverse dimensions of the order of λ / 3-λ / 4 and a length of no more than 10 λ, is as follows.

Электромагнитное или оптическое излучение 7 падает на плоский вращающийся диск 1, в котором выполнены отверстия 2 по спирали Архимеда. В этих отверстиях 2 размещены линзы 3, фокусирующие падающее на них излучение 7 на диэлектрические частицы 5, расположенные на синхронно вращающимся диске 9. Диск 9 выполнен непрозрачным для падающего на него излучения, кроме мест размещения диэлектрических частиц 5. Диэлектрические частицы 5 преобразуют падающее на них излучение в область 6 с повышенной интенсивностью излучения и поперечными размерами порядка λ/3-λ/4 и протяженностью не более 10 λ. Поперечный размер области с повышенной интенсивностью излучения струи меньше дифракционного разрешения идеальных линз 3. Область фокуса у такой диэлектрической частицы 5 (область локализации сфокусированного электромагнитного поля) начинается непосредственно у теневой поверхности частицы. Минимальный характерный размер диэлектрической частицы, формирующей данную область 6, составляет λ/3-λ/4 и протяженностью не более 10 λ, что определяет разрешающую способность сканирующего устройства.Electromagnetic or optical radiation 7 falls on a flat rotating disk 1, in which holes 2 are made in a spiral of Archimedes. In these holes 2 are placed lenses 3 focusing the incident radiation 7 on them to dielectric particles 5 located on the synchronously rotating disk 9. The disk 9 is made opaque to the radiation incident on it, except for the locations of the dielectric particles 5. The dielectric particles 5 transform the incident on them radiation in region 6 with increased radiation intensity and transverse dimensions of the order of λ / 3-λ / 4 and a length of not more than 10 λ. The transverse size of the region with increased jet radiation intensity is less than the diffraction resolution of ideal lenses 3. The focus area for such a dielectric particle 5 (the region of localization of the focused electromagnetic field) begins directly at the shadow surface of the particle. The minimum characteristic size of the dielectric particle forming this region 6 is λ / 3-λ / 4 and a length of not more than 10 λ, which determines the resolution of the scanning device.

Установлено, что за счет меньшего объема области фокусировки диэлектрической частицы достигается повышение интенсивности прошедшего через отверстия излучения не менее чем 5-10 раз.It was found that due to the smaller volume of the focusing region of the dielectric particle, an increase in the intensity of the radiation transmitted through the holes is achieved by at least 5-10 times.

Claims

1. A scanning device based on a Nipkov disk with a subdiffraction resolution in the millimeter, terahertz, infrared, and optical wavelength ranges, consisting of a radiation source that rotates flat around its optical axis and is opaque to incident radiation, in which through holes are made perpendicular to the plane of the disk of equal diameter, arranged in a spiral, and focusing the radiation of the lenses located in these holes of the radiation receiver, characterized in that in the focus area lenses along the moving path of the focusing area of the corresponding lens, at the same distance from each other, stationary dielectric particles with a characteristic size of at least λ / 2, where λ is the wavelength of the radiation used, with the refractive index of the material are located parallel to the plane of the rotating disk on a common thin substrate lying in the range from 1.2 to 1.7, forming on the outer border of the dielectric particles on the opposite side of the incident radiation of the region with high intensity radiated with transverse dimensions of the order of λ / 3 - λ / 4 and a length of not more than 10λ.

2. A scanning device based on a Nipkov disk with a subdiffraction resolution in the millimeter, terahertz, infrared and optical wavelength ranges according to claim 1, characterized in that a second disk synchronously rotating with it is installed parallel to the plane of the rotating disk at a distance equal to the focal length of the focusing lenses and in the lens focusing region there are dielectric particles with a characteristic size of at least λ / 2, where λ is the wavelength of the radiation used, with the refractive index of the material lying in in the range from 1.2 to 1.7, forming at its outer boundary on the opposite side of the incident radiation regions with increased radiation intensity with transverse dimensions of the order of λ / 3 - λ / 4 and a length of no more than 10λ, while the disk is made of opaque incident radiation of the material, except for the locations of the dielectric particles.