RU182458U1 - Устройство формирования изображения объектов с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцовом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн - Google Patents

Устройство формирования изображения объектов с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцовом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн Download PDF

Info

Publication number
RU182458U1
RU182458U1 RU2018116730U RU2018116730U RU182458U1 RU 182458 U1 RU182458 U1 RU 182458U1 RU 2018116730 U RU2018116730 U RU 2018116730U RU 2018116730 U RU2018116730 U RU 2018116730U RU 182458 U1 RU182458 U1 RU 182458U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
forming
dielectric
particle
forming device
terahertz
Prior art date
Application number
RU2018116730U
Other languages
English (en)
Inventor
Игорь Владиленович Минин
Олег Владиленович Минин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ)
Priority to RU2018116730U priority Critical patent/RU182458U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU182458U1 publication Critical patent/RU182458U1/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/58Optics for apodization or superresolution; Optical synthetic aperture systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Использование: для фокусировки электромагнитного и оптического излучений в локальную область с субдифракционными размерами. Сущность полезной модели заключается в том, что устройство формирования изображения объектов с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцовом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн, содержит источник электромагнитного излучения, формирующее устройство, диэлектрическую мезоразмерную частицу, формирующую фотонную струю и расположенную в области фокуса формирующего устройства с характерным размером не менее λ/2, где λ - длина волны используемого излучения, согласно полезной модели формирующее устройство выполнено в виде большой диэлектрической мезоразмерной частицы, формирующей фотонную струю, с относительным показателем преломления n1 по отношению к показателю преломления диэлектрической мезоразмерной частицы в диапазоне менее примерно 1 и более 0.75 и расположенной в теле формирующего устройства в области формирования фотонной струи.
Технический результат: обеспечение возможности уменьшения продольных габаритов формирующего устройства формирования изображения объектов с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцовом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к области оптического приборостроения к диэлектрическим фокусирующим устройствам, предназначенным, в частности, для фокусировки электромагнитного и оптического излучений в локальную область с субдифракционными размерами и может быть использована в устройствах построения изображений для систем радиовидения, диагностики биообъектов, дефектоскопии, интроскопии.
Известно устройство формирования радиоизображения объектов квазиоптического типа [Крылов К.И. Оптический интроскоп миллиметрового диапазона / К.И. Крылов, Н.А. Львова, С.А. Смирнов, А.С. Бабейкин// Тр. Всес. симп. По приборам, технике и распространению миллиметровых и субмиллиметровых волн в атмосфере: ИРЭ, Харьков, 1976. - с. 198-201], содержащее источник электромагнитного излучения квазиоптический объектив, приемник электромагнитного излучения. Основное отличие устройства от ранее существующих, заключается в использовании специальных объективов, позволяющих формировать изображение на миллиметровых и субмиллиметровых волнах, подобно тому, как это происходит в микроскопах светового диапазона. Сформированное в микроволновом диапазоне изображение затем при помощи специального электронного устройства трансформируется в изображение на экране электронно-лучевой трубки, которое непосредственно воспринимается глазом.
Недостатком данного устройства является низкое пространственное разрешение, ограниченное дифракционным пределом формирующей системы и большие габариты.
Известно устройство формирования радиоизображения объектов радиовидения [WilliamE.Baughman, HamdullahYokus, DavidShawnWilbert, PatrikKung, SeongsinMargaretKim.Observationofhydrofluoricacidburnsonosseoustissuesbymeansofterahertzspectroscopicimaging // IEEETransactiononterahertzscienceandtechnology, v. 3, N 4, 2013, p. 387-394.] в терагерцовом диапазоне длин волн, применительно к исследованию биообъектов и состоящее из источника терагерцового излучения, формирующей системы в виде линзы, фокусирующей излучение на объекте исследования, приемника излучения, осуществляющего прием прошедшего излучения от объекта исследования, устройства визуализации объекта.
Недостатком данного устройства является низкое пространственное разрешение, ограниченное дифракционным пределом формирующей системы и большие габариты устройства.
Диаметр пятна Эйри h определяется так называемым критерием Рэлея, который устанавливает предел концентрации (фокусировки) электромагнитного поля с помощью оптических систем [Борн М., Вольф Э., Основы оптики. - М.:Наука. - 1970]:
h=2.44 λFD-1,
где λ - длина волны излучения, D - диаметр первичной линзы оптической системы, F - фокусное расстояние оптической системы.
Диаметр пятна Эйри h является важным параметром оптической системы, который определяет ее собственную разрешающую способность в фокальной плоскости и определяет качество получаемого изображения. Он показывает минимальное расстояние между полем точечных источников в фокальной плоскости, которое способна зарегистрировать данная оптическая система. Максимальное разрешение идеальной оптической системы не может превышать величины λ/2.
В настоящее время наблюдается стойкая тенденция к миниатюризации устройств формирования изображения объектов с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцовом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн.
Преодолеть дифракционный предел в оптике и на терагерцах можно различными способами, например, с помощью эффекта «фотонной наноструи» (например, см. A.Heifetzetal.Experimental confirmation of backscattering enhancement induced by a photonic jet // Appl.Phys.Lett., 89, 221118 (2006); B.S. Luk’yanchuk, R. Paniagua-Domínguez, I. Minin, O. Minin, and Z. Wang, "Refractive index less than two: photonic nanojets yesterday, today and tomorrow," Optical Materials Express 7, 1820-1847 (2017)). Поперечный размер фотонной наноструи составляет 1/3…1/4 длины волны излучения, что меньше дифракционного предела классической линзы.
При этом формировать локальные области концентрирования электромагнитной энергии вблизи поверхности мезоразмерных диэлектрических частиц возможно с помощью частиц различной формы, например, в форме сферы, цилиндра, диска, куба, пирамиды, при облучении их электромагнитной волной с плоским волновым фронтом и т.д. [I.V.MininandO.V.Minin.Diffractiveopticsandnanophotonics:Resolutionbelowthediffractionlimit, Springer, 2016 http://www.springer.com/us/book/9783319242514#aboutBook; И.В. Минин, О.В. Минин. Фотонные струи в науке и технике // Вестник СГУГиТ, 2017, т. 22, № 1, с. 212-234].
Известны устройства, повышающие пространственное разрешение формирующих устройств на основе фотонных струй. Например, в [M. Wu, B. Huang, R. Chen, Y. Yang, J. Wu, R. Ji, X. Chen, andM. Hong, "Modulationofphotonicnanojetsgeneratedbymicrospheresdecoratedwithconcentricrings," Optics express 23, 20096-20103 (2015)], показано устройство состоящее из диэлектрической сферической частицы, формирующей фотонную струю, на освещенную поверхность которой нанесены концентрические кольца с шириной колей 0.655λ и модулирующие падающее излучение. Было достигнуто пространственное разрешение 0.485λ.
В патенте РФ №153686 «Устройство для формирования фотонной струи с увеличенной глубиной фокуса», описано устройство для формирования фотонной струи, которое состоит из источника излучения и диэлектрической частицы с характерным размером, сравнимым с длиной волны падающего излучения, а на поверхности диэлектрической частицы, обращенной к падающему волновому фронту, нанесен слой материала, не пропускающего падающее на частицу излучение, при этом поперечные размеры этого материала составляют 0.1-0.8 от максимального поперечного размера частицы.
В качестве прототипа выбрано устройство по патенту РФ №2631006, «Способ формирования изображения объектов с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцовом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн», МПК G02B 27/58, содержащее источник электромагнитного излучения, формирующего устройства, выполненного в виде линзы, диэлектрической мезоразмерной частицы, формирующей фотонную струю и расположенной в области фокуса формирующего устройства с характерным размером не менее λ/2, где λ - длина волны используемого излучения.
Достоинством устройства является высокое пространственное разрешение, достигающее λ/3-λ/4.
Недостатком устройства является его большие продольные габариты. Фокусное расстояние формирующих систем на основе линз, составляет порядка диаметра линзы и много больше длины волны используемого излучения.
Задачей, решаемой предлагаемым устройством, является уменьшение габаритов устройства, при сохранении субдифракционного разрешения.
Технический результат, который может быть получен при выполнении заявленного устройства - уменьшение продольных габаритов формирующего устройства формирования изображения объектов с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцовом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн.
Поставленная задача решается благодаря тому, что устройство формирования изображения объектов с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцовом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн, содержит источник электромагнитного излучения, формирующее устройство, диэлектрическую мезоразмерную частицу, формирующую фотонную струю и расположенную в области фокуса формирующего устройства с характерным размером не менее λ/2, где λ - длина волны используемого излучения, согласно полезной модели, формирующее устройство выполнено в виде большой диэлектрической мезоразмерной частицы, формирующей фотонную струю, с относительным показателем преломления n1 по отношению к показателю преломления диэлектрической мезоразмерной частицы в диапазоне менее примерно 1 и более 0.75 и расположенной в теле формирующего устройства в области формирования фотонной струи
В результате проведенных исследований было установлено, что при выполнении формирующего устройства в виде диэлектрической мезоразмерной частицы, например, сферической или цилиндрической формы, из материала с показателем преломления n1 равным 1.46, с относительным характерным размером от 2 до 20 по отношению к характерному размеру диэлектрической мезоразмерной частицы, расположенной в теле формирующего устройства в области формирования фотонной струи с показателем преломления n2 различаются два случая.
В первом случае, n2<n1. В этом случае пространственное разрешение формирующего устройства не лучше пространственного разрешения формируемого без диэлектрической мезоразмерной частицы расположенной в теле формирующего устройства в области формирования фотонной струи, а достигаемая максимальная интенсивность поля в фотонной струе меньше.
Во втором случае, когда n2>n1, ширина формируемой струи меньше, чем без диэлектрической мезоразмерной частицы, расположенной в теле формирующего устройства в области формирования фотонной струи, а достигаемая максимальная интенсивность поля в фотонной струе становится больше. Например, для формирующего устройства в форме сферы или цилиндра, с относительным характерным размером равным 5 и диэлектрической мезоразмерной частицы в виде кубоида с относительным показателем преломления изменяющегося в диапазоне менее примерно 1 и более 0.75 ширина фотонной струи меньше, чем без диэлектрической мезоразмерной частицы, а интенсивность поля выше. Ширина формируемой фотонной струи уменьшается с увеличением показателя преломления материала, из которого изготовлена диэлектрическая мезоразмерная частица. Таким образов увеличивается пространственное разрешение.
Установлено, что основную роль в увеличении пространственного разрешения играет не форма частицы, расположенная в теле формирующего устройства в области формирования фотонной струи: сфера, кубоид, цилиндр, а показатель преломления частицы. При с относительном показателе преломления n1 формирующего устройства по отношению к показателю преломления диэлектрической мезоразмерной частицы n2, расположенной в теле формирующего устройства в области формирования фотонной струи, более примерно 1 пространственное разрешение становится равным или менее пространственного разрешения формирующего устройства без диэлектрической мезоразмерной частицы, а при менее 0.75 фотонная струя формируется в теле диэлектрической мезоразмерной частицы и не выходит за ее внешнюю границу.
На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства.
На фиг. 2 приведен пример результатов моделирования предлагаемого устройства с фокусирующего устройства в форме сферической диэлектрической частицы с показателем преломления n1=1.5, диаметром 10λ, диэлектрической мезоразмерной частицы в форме куба с величиной ребра 2λ, показателем преломления n2=1.8, было достигнуто пространственное разрешение более дифракционного разрешения и равного 0.3λ. При этом фотонная струя формируется непосредственно у внешней границы диэлектрической мезоразмерной частицы и может быть менее λ.
Обозначения: 1 - источник миллиметрового, терагерцового, инфракрасного или оптического диапазона длин волн; 2 - падающее излучение на формирующее устройство; 3 - формирующее устройство в форме диэлектрической мезоразмерной частицы; 4 - диэлектрическая мезоразмерная частица, расположенная в теле формирующего устройства 3 в области формирования ее фотонной струи; 5 - фотонная струя; 6 - объект исследования; 7 - приемник излучения.
Устройство работает следующим образом. Источник электромагнитного излучения, лазер или лампа обратной волны 1, соответствующего диапазона длин волн, излучает электромагнитное излучение 2 в направлении формирующего устройства 3, которое фокусирует падающее излучение в область фокусировки в виде фотонной струи. В этой области расположена диэлектрическая мезоразмерная частица, например в форме сферы, цилиндра или куба и с показателем преломления более показателя преломления формирующего устройства. Диэлектрическая частица 4 преобразует падающую электромагнитную волну со сходящимся сферическим волновым фронтом в локальную область, формируемую напосредственно у внешней границы по направлению распространения электромагнитного излучения 2, с поперечными размерами порядка 0.3λ. За счет дополнительной концентрации электромагнитного поля в этой области повышается интенсивность излучения в области фотонной струи. Объект исследования 6 размещается в локальной области электромагнитного поля с субволновыми размерами 5. Прошедшее излучение через объект исследования 6 регистрируется приемником излучения 7 и далее визуализируется системой визуализации изображения, например, на электронно-лучевой трубке. Для построения изображения объект исследования 6 может перемещаться.
В устройстве формирования изображения объектов с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцовом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн формирующее устройство выполнено в виде диэлектрической мезоразмерной частицы, формирующей фотонную струю, с относительным показателем преломления n1 по отношению к показателю преломления диэлектрической мезоразмерной частицы расположенной в теле формирующего устройства в области формирования фотонной струи диапазоне менее примерно 1 и более 0.75, в мире на сегодня не известны. Соответственно, проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого данная заявка для специалиста в данной области знаний явным образом не следует, показал, что оно не известно и не очевидно.
С учетом вышеизложенного можно сделать вывод о соответствии настоящей заявки критериям патентоспособности.
Заявляемое устройство, кроме того, обеспечивает актуальное расширение приборного арсенала современных фокусирующих систем с субволновыми размерами, формирующих фотонные струи.
Техническим результатом является создание устройства для фокусировки фотонной струи с ссубдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцовом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн при снижении продольных габаритов устройства.

Claims (1)

  1. Устройство формирования изображения объектов с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцовом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн, содержащее источник электромагнитного излучения, формирующее устройство, диэлектрическую мезоразмерную частицу, формирующую фотонную струю и расположенную в области фокуса формирующего устройства с характерным размером не менее λ/2, где λ - длина волны используемого излучения, отличающееся тем, что формирующее устройство выполнено в виде большой диэлектрической мезоразмерной частицы, формирующей фотонную струю, с относительным показателем преломления n1 по отношению к показателю преломления диэлектрической мезоразмерной частицы в диапазоне менее примерно 1 и более 0.75 и расположенной в теле формирующего устройства в области формирования фотонной струи.
RU2018116730U 2018-05-04 2018-05-04 Устройство формирования изображения объектов с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцовом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн RU182458U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018116730U RU182458U1 (ru) 2018-05-04 2018-05-04 Устройство формирования изображения объектов с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцовом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018116730U RU182458U1 (ru) 2018-05-04 2018-05-04 Устройство формирования изображения объектов с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцовом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU182458U1 true RU182458U1 (ru) 2018-08-17

Family

ID=63177636

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018116730U RU182458U1 (ru) 2018-05-04 2018-05-04 Устройство формирования изображения объектов с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцовом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU182458U1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU192565U1 (ru) * 2019-04-18 2019-09-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) Устройство для лазерной сварки с помощью лазерного излучения
RU2747116C1 (ru) * 2020-03-04 2021-04-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" Генератор электромагнитных колебаний

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4549204A (en) * 1981-11-26 1985-10-22 The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Diffraction limited imaging systems
RU155915U1 (ru) * 2014-12-30 2015-10-20 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий " (ФГБОУ ВО "СГУГИТ") Устройство для формирования фотонной струи
WO2016020831A1 (en) * 2014-08-06 2016-02-11 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) System for optical detection and imaging of sub-diffraction-limited nano-objects
RU171360U1 (ru) * 2016-12-12 2017-05-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) Сканирующее устройство на основе диска Нипкова с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцовом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн
RU2631006C1 (ru) * 2016-10-26 2017-09-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) Способ формирования изображения объектов с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцевом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4549204A (en) * 1981-11-26 1985-10-22 The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Diffraction limited imaging systems
WO2016020831A1 (en) * 2014-08-06 2016-02-11 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) System for optical detection and imaging of sub-diffraction-limited nano-objects
RU155915U1 (ru) * 2014-12-30 2015-10-20 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий " (ФГБОУ ВО "СГУГИТ") Устройство для формирования фотонной струи
RU2631006C1 (ru) * 2016-10-26 2017-09-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) Способ формирования изображения объектов с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцевом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн
RU171360U1 (ru) * 2016-12-12 2017-05-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) Сканирующее устройство на основе диска Нипкова с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцовом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU192565U1 (ru) * 2019-04-18 2019-09-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) Устройство для лазерной сварки с помощью лазерного излучения
RU2747116C1 (ru) * 2020-03-04 2021-04-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" Генератор электромагнитных колебаний

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2631006C1 (ru) Способ формирования изображения объектов с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцевом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн
Yue et al. A millimetre-wave cuboid solid immersion lens with intensity-enhanced amplitude mask apodization
RU182458U1 (ru) Устройство формирования изображения объектов с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцовом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн
Sheppard Fundamentals of superresolution
US10205864B2 (en) Near field lens and imaging apparatus including same
Dev et al. Autofocusing and self-healing properties of aberration laser beams in a turbulent media
CN105242408A (zh) 一种超分辨光学管道的生成方法
RU2591282C1 (ru) Устройство квазиоптической линии передачи терагерцовых волн
Qin et al. Breaking the diffraction limit in far field by planar metalens
RU160810U1 (ru) Субволновой датчик волнового фронта
RU2694123C1 (ru) Способ формирования изображения объектов с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцевом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн
RU171360U1 (ru) Сканирующее устройство на основе диска Нипкова с субдифракционным разрешением в миллиметровом, терагерцовом, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн
CN108919499A (zh) 一种产生位置和强度独立可控多个聚焦光斑的方法
RU184988U1 (ru) Устройство формирования изображения
CN110850591B (zh) 一种圆环形结构光的解析描述方法
RU2777709C1 (ru) Способ формирования изображения объектов с субдифракционным разрешением и высоким контрастом
RU2735906C1 (ru) Устройство визуализации источников терагерцового излучения
Basdemir Bessel beam diffraction by an aperture in an opaque screen
Cartwright Defeating diffraction
Minin et al. All-dielectric asymmetrical metasurfaces based on mesoscale dielectric particles with different optical transmissions in opposite directions through full internal reflection
CN101592743A (zh) 基于负折射率材料的凸结构正球差透镜
RU181086U1 (ru) Линза
RU198112U1 (ru) Устройство формирования фотонной струи
RU191646U1 (ru) Квазиоптический зонд для ближнепольного микроскопа
RU196430U1 (ru) Устройство формирования пучка Эйри в терагерцовом диапазоне длин волн