1704年牛顿发表了《Opticks》一书并利用牛顿环实验给出等厚干涉的定量规律，自此等厚干涉现象即被广泛应用于表面精密检测中。利用光学平板（Optical flat）与被测表面间形成的干涉条纹，工程师可用肉眼直接检测到小至十分之一波长的表面起伏。但由于光的波动性，该方法检测精度的进一步提高则依赖于昂贵与复杂的激光干涉测量设备。

为打破上述限制，37000cm威尼斯现代工程与应用科学学院张伟华课题组与瑞士洛桑联邦理工学院Martin教授合作，将等厚干涉的概念推广到近场区域，利用等离激元共振在近场区域内对距离的超灵敏性，极大提高了等厚干涉技术的灵敏度。并在实验中使用等离激元牛顿环演示了40倍的灵敏度提高与3皮米（10^-12 m）的探测极限。

图1（a）等离激元牛顿环实验示意图。（b）等离激元牛顿环实验照片

利用近场等厚干涉原理，该工作进一步发展了等离激元光学平板（Plasmonic optical flat）技术。如图2所示，简单的将等离激元光学平板压在被测物表面，即可肉眼观测到纳米尺度的形貌起伏。该技术无需激光光源，白光下通过观察色彩变化即可分辨出样品表面在三维空间中的各种微小起伏，为高精度表面检测提供了一种快速低成本的手段。

(科学技术处 摄影)

图2（a）基于“等离激光学平板”的快速高精度表面检测方法示意图。（b）“等离激元光学平板”照片。（c）15nm深NJU字样样品的原子力显微镜扫描图。（d）“等离激元光学平板”与样品的等厚干涉图照片。

此外，为实现精确距离标定，该工作发展了二维纳米结构间的高精度调控技术。利用石英晶振力学传感器，可以以亚纳米精度检测并动态调控宏观结构间的距离，并同时以皮牛（10^-12 N）精度测量结构间的力学作用。这为定量研究二维纳米结构间的近场耦合，增强与调控纳米尺度内光-物质相互作用，并进一步实现超灵敏传感技术提供了实验基础。

相关成果以《Revisiting Newton’s rings with a plasmonic optical flat for high-accuracy surface inspection》为题发表于自然出版集团旗下杂志Light: Science & Applications上（doi:10.1038/lsa.2016.156）。37000cm威尼斯博士研究生郑耘与助理研究员边捷博士为该文共同第一作者，张伟华教授为通讯作者。研究得到了国家重点基础研究计划（青年“973”）、“纳米科技”重点专项、国家自然科学基金项目、中组部青年等基金、江苏省优势学科的资助。

（现代工程与应用科学学院 科学技术处）