在納米光子學(xué)領(lǐng)域，光的產(chǎn)生、操縱、傳輸及探測等過程的研究始終圍繞光的偏振、相位、強度、波矢等核心參數(shù)展開。其中，光的波矢分布作為揭示光與物質(zhì)相互作用機制的關(guān)鍵信息，其精準(zhǔn)分析對推動納米光譜學(xué)發(fā)展具有重要意義。傅里葉成像光譜學(xué)憑借其獨特的技術(shù)原理，實現(xiàn)了光的輻射特性與微觀信息的有效關(guān)聯(lián)，已成為納米光學(xué)研究的核心手段之一。本文將從傅里葉成像的基本原理切入，系統(tǒng)闡述后焦面成像的技術(shù)實現(xiàn)路徑，深入剖析其在納米光譜學(xué)研究中的技術(shù)價值。

    一、傅里葉成像的核心原理：實空間與動量空間的映射關(guān)系
    傅里葉成像技術(shù)本質(zhì)上是基于透鏡（物鏡）的后焦面成像方法，其核心價值在于建立了光的輻射方向（角度）與透鏡后焦面空間位置的一一對應(yīng)關(guān)系，從而實現(xiàn)實空間信息向動量空間信息的轉(zhuǎn)化，為光的波矢分布分析提供了直觀的技術(shù)路徑。
    在基礎(chǔ)光學(xué)理論框架下，當(dāng)位于透鏡物平面（即前焦面）的輻射體向空間全方位輻射光線時，這些發(fā)散光線經(jīng)過透鏡折射后將轉(zhuǎn)化為平行光。進(jìn)一步分析可知，不同傳播方向的平行光會精準(zhǔn)投射至透鏡后焦面的特定位置——這一物理現(xiàn)象直接表明，光的輻射角度與后焦面的空間坐標(biāo)存在嚴(yán)格的映射關(guān)系。以圓形凸透鏡為例，若輻射體與透鏡的間距恰好等于透鏡焦距\(f\)，則輻射體發(fā)出的光線經(jīng)透鏡折射后，會在后焦面形成圓形圖像。該圓形圖像的尺寸與透鏡的光收集能力直接相關(guān)：在焦距固定的條件下，透鏡尺寸越大，其數(shù)值孔徑（NA）越高，可收集的光輻射角度范圍越廣，后焦面形成的圓形圖像也就越大。
    從物理本質(zhì)來看，空間光的動量（\(hk\)，其中\(zhòng)(h\)為普朗克常數(shù)，\(k\)為波矢）決定了光的遠(yuǎn)場輻射圖案，而光的空間輻射角是波矢分布的核心表征參數(shù)。由于光的輻射角與透鏡后焦面空間位置存在精準(zhǔn)映射，后焦面圖像可直接視為出射光面內(nèi)動量（\(k_x,k_y\)）的分布圖像。這一轉(zhuǎn)化過程完全符合實空間與動量空間的傅里葉變換規(guī)律，也是傅里葉成像技術(shù)能夠成為納米光學(xué)研究核心手段的理論基礎(chǔ)。

    二、后焦面成像的技術(shù)實現(xiàn)：從基礎(chǔ)系統(tǒng)到功能拓展
    將傅里葉成像的理論原理轉(zhuǎn)化為實際研究工具，需依托精密的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計。在實際應(yīng)用中，通常以顯微物鏡作為光信號收集核心，搭配CCD（電荷耦合器件）或CMOS（互補金屬氧化物半導(dǎo)體）相機完成成像分析。顯微物鏡由多片透鏡組合而成，等效于大尺寸單透鏡，具有數(shù)值孔徑高（可覆蓋更廣的光收集角度）、焦距短（縮短前焦面與后焦面間距）的特點。然而，受限于顯微物鏡的短焦距特性，相機無法直接放置于后焦面處，需通過額外透鏡組將后焦面信息投射至適合相機擺放的位置，由此衍生出基礎(chǔ)成像系統(tǒng)與功能拓展系統(tǒng)兩類技術(shù)方案。
    （一）基礎(chǔ)4f系統(tǒng)：實現(xiàn)高清晰度傅里葉成像
    基礎(chǔ)傅里葉成像系統(tǒng)通常采用“4f系統(tǒng)”光路設(shè)計（如圖2所示），其核心由物鏡與兩組輔助透鏡構(gòu)成。該系統(tǒng)的光路參數(shù)滿足以下條件：物鏡后焦面與第一組透鏡的間距為\(f_1\)，兩組輔助透鏡的間距為\(f_1+f_2\)，第二組透鏡與相機的間距為\(f_2\)（其中\(zhòng)(f_1\)、\(f_2\)分別為兩組輔助透鏡的焦距）。通過這一光路設(shè)計，物鏡后焦面的光信號可被精準(zhǔn)投射至相機靶面，最終在相機上形成清晰的“傅里葉圓”——圓內(nèi)的光強分布直接反映了輻射體的發(fā)光空間分布特性。
    為提升實驗數(shù)據(jù)的信噪比，可在系統(tǒng)的實空間成像光路中增設(shè)“空間選區(qū)模塊”。該模塊能夠精準(zhǔn)篩選出研究所需的特定區(qū)域，僅對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行傅里葉成像，有效排除無關(guān)區(qū)域光信號的干擾。若在基礎(chǔ)系統(tǒng)中進(jìn)一步增加透鏡組，還可實現(xiàn)實空間與動量空間的聯(lián)動選區(qū)分析，大幅提升系統(tǒng)的研究靈活性與數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度。
    （二）角分辨光譜系統(tǒng)：兼具動量與波長分辨能力
    若將基礎(chǔ)系統(tǒng)中的成像相機替換為光譜儀，即可構(gòu)建兼具動量分辨與波長分辨能力的“角分辨光譜系統(tǒng)”（如圖3所示）。該系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)4f系統(tǒng)保持一致，核心改進(jìn)在于將后焦面的光信號投射至光譜儀的入射狹縫處，通過光譜儀的色散功能實現(xiàn)波長分辨。
    光譜儀的入射狹縫通常為豎直開口設(shè)計，且開口寬度可自由調(diào)節(jié)。實驗中，一般將狹縫開口調(diào)至較小尺寸，以實現(xiàn)對傅里葉圓中心區(qū)域（即\(k_x\approx0\)）光信號的精準(zhǔn)選取。從光路傳播特性來看，光信號在豎直方向（\(y\)方向）的傳播不受狹縫影響，可完整投射至光譜儀的CCD檢測模塊，CCD靶面上不同的縱向位置對應(yīng)不同的\(\sin\theta\)（\(\theta\)為光的輻射角）或\(k_y\)值，從而實現(xiàn)光的動量（角度）信息分辨；在水平方向（\(x\)方向），光信號經(jīng)光譜儀內(nèi)部的光柵色散后，不同波長的光會投射至CCD靶面的不同水平位置，進(jìn)而實現(xiàn)光的波長信息分辨。
    通過角分辨光譜系統(tǒng)，可直接獲取“動量-波長”二維分辨光譜——傅里葉面上狹縫選取的縱向光信號在水平方向按波長展開，無需像傳統(tǒng)角度分辨光譜技術(shù)那樣通過轉(zhuǎn)動激發(fā)源或樣品調(diào)整光的輻射角度，極大簡化了實驗操作流程，顯著提升了數(shù)據(jù)采集效率，為光子晶體、微納腔等微納系統(tǒng)的色散關(guān)系研究提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

    傅里葉成像光譜學(xué)以其獨特的“實空間-動量空間”轉(zhuǎn)化能力及可拓展的波長分辨功能，為納米光子學(xué)研究提供了高效、精準(zhǔn)的技術(shù)工具。后續(xù)研究中，該技術(shù)在光致發(fā)光、拉曼散射、二次諧波生成、反射/吸收光譜等領(lǐng)域的應(yīng)用將進(jìn)一步拓展，其在揭示微納尺度光與物質(zhì)相互作用機制、推動納米光電器件研發(fā)等方面的價值也將得到更充分的體現(xiàn)。