利用超表面实现平面内纳米位移的光学感测

近年来该课题组基于微纳结构光场调控技术发展出了一些位移感测技术，实现了亚纳米的测量精度(Phys. Rev. Lett., 124, 243901 ( 2020)；Sci. Adv. 8, eadd1973 (2022))。但是这些一维位移测量技术在跟踪面内移动的应用中需要克服装配误差，限制了测量的稳定性和可靠性。

图1.（a）基于超表面二维位移感测的原理图；（b）位移感测系统实验装置示意图；（c）输出功率随超表面二维位移的变化。

为此，课题组进一步提出了一种基于超表面光场调控的二维位移精密测量的光学新技术。设计了一种超表面，不仅可以实现二维的光学衍射，且能够同时定制每个衍射级次光场的偏振态，利用不同衍射级次组合的双通道偏光干涉，同时记录二维平面内的任意位移。通过相位解算算法从双通道偏光干涉光强中获得高精度、大量程的二维位移信息。实验证明该位移测量技术的精度可以达到0.3纳米，测量量程达到200微米以上。

图2.（a）二维位移测量系统的测量精度；（b）长间隔距离的四个字母形状路径的测量结果；（c）亚微米尺寸复杂图案边缘路径的测量结果。