基于Pancharatnam-Berry相位光学元件的超灵敏矢量位移测量技术

为解决传统位移测量技术中微型化、复杂性和横向运动敏感性的挑战，研究人员开发了一种基于液晶光学元件（LCOE）和矢量光束的超灵敏矢量位移传感器。通过将横向位移映射为径向矢量光束的偏振变化，结合马吕斯定律（Malus' law）和光束散斑旋转分析，实现了皮米级分辨率（47-55 pm）和厘米级动态范围的绝对位移测量。该技术无需复杂纳米加工，为精密工程和半导体制造提供了创新解决方案。

　　

在超分辨显微镜、精密工程和半导体制造领域，横向位移的精确计量至关重要。传统方法面临微型化困难、系统复杂且对横向运动敏感等问题，而基于超表面的技术虽能实现纳米级分辨率，却受限于制备工艺复杂、动态范围窄及绝对位移测量的模糊性。

这项研究提出了一种创新方案：利用液晶光学元件（LCOE）结合矢量光束照明，将横向位移转化为径向矢量光束的偏振态变化。通过马吕斯定律（Malus' law）可直接推算位移长度，而通过分析矢量光束散斑的旋转即可轻松判定位移方向。令人瞩目的是，该系统在厘米级范围内实现了47 pm和55 pm的测量不确定度，对应10 nm和5 nm的步进分辨率。

该技术兼具纳米级分辨率、大动态范围和紧凑型设计的优势，为下一代精密测量提供了全新思路。通过LCOE与矢量光束的协同作用，无需复杂纳米加工即可实现绝对位移测量，突破了现有技术的核心瓶颈。文末声明本研究无利益冲突。