光束的聚焦一直是一门引人入胜的课题,对光束聚焦可以有效提高光斑功率密度,减小光斑直径。如果我们能够把光束压缩到Abbe衍射极限以内,这将在许多领域起着关键性的作用,例如激光医学,激光加工,激光核聚变,光学数据存储以及共聚焦显微镜中的纳米光学成像等等。近年来,随着超振子效应原理的提出,科学家们逐渐把精力投入到超振子透镜(SOL)对光束的聚焦上。振幅型或相位型超振子透镜可以精确的调控从纳米结构掩模板衍射出来的光的干涉,并在掩模板后几个微米处产生亚波长光斑,将此亚波长光斑作为超分辨装置用在共焦扫描显微镜中,可以成功实现超分辨成像。从原理上来讲,这种技术适用于任意波长并可产生突破衍射极限的分辨率。随着对超振子透镜的深入研究,科学家们发现超振子透镜不仅可以用于超聚焦实验,也在光针的形成上有着显著的作用。科学家们已经利用超振子透镜获得半高宽突破衍射极限,长度不一的光针,但目前他们只将注意力放在线性超振子透镜上同时光针长度在20个波长以内。基于超振子效应与子衍射理论,我们结合非线性光学开展了以下几个工作:1.超振子透镜的设计,为了实现一段半高宽在衍射极限内,长度可达40λ左右的无衍射光针。我们从矢量角谱理论出发,系统的分析了矢量光通过超振子透镜的传播方程,从而得到超振子透镜中不同圆环的透过系数与相位分布。由于这是一个N维函数求极值问题,直接计算较为繁琐,我们借助于遗传算法对模拟进行优化,成功得到了超振子透镜的优化结构。2.二次谐波光针的实验。通过操控二次谐波的干涉和衍射,在距超振子透镜I表面30微米处获得二次谐波光针。我们利用一台飞秒锁模的钛宝石激光器产生的线偏振光通过Q-plate得到稳定的径向偏振光,将之通过设计好的的非线性超振子透镜,在离超透镜表面30微米处利用CCD进行观察。我们从实验上观察到了一段半高宽小于衍射极限,长度达到40λ左右的光针,成功匹配了模拟数据。3.探针扫描装置成像。为了进一步验证上述实验结果,我们搭建了一套以探针为核心的扫描装置,在重现CCD成像的实验前提下,对光针超透镜后某些位置处进行扫描成像,初步验证了 CCD成像的实验可靠性。