新方法成功將超透鏡成像分辨率提高一個量級

超透鏡是一種利用納米結構來聚焦光線的平面透鏡，具有超輕超薄的結構和出色光學性能，被人們寄予替代傳統光學透鏡的厚望。20日，記者從國家納米科學中心獲悉，香港大學、國家納米科學中心和英國帝國理工學院等單位的研究人員密切合作，開發出一種合成復頻波方法，成功將超透鏡的成像分辨率提高了約一個量級。相關研究成果在線發表于《科學》雜志。

2000年，英國帝國理工學院教授約翰·彭德里首次提出了超透鏡的概念，并預測其具有突破傳統光學成像分辨率極限的能力。緊接著，中國科學院外籍院士張翔團隊構建出新型銀-聚合物超透鏡，極大地推動了超透鏡技術的發展和應用。自此以后，超透鏡研究成為光學領域的熱門課題。

經過廣泛驗證，利用極化激元材料和超構材料構筑的超透鏡，其成像分辨率能夠超越傳統光學透鏡成像分辨率的極限。然而，超透鏡在使用過程中的光學損耗，會嚴重限制其分辨率進一步提升，進而也限制了其發展應用。

為解決這一難題，研究人員提出了一種實用的解決方案，可以顯著提高超透鏡的成像質量。 “我們借助多頻率組合的復頻波方法來獲得虛擬增益，進而抵消超透鏡的光學損耗。我們首先在理論上論證了這一方案的可行性。之后，我們進一步借助微波頻段雙曲超構材料的超透鏡實驗，對這一方案進行了驗證，驗證的成像效果與我們的理論預期高度一致。”論文共同通訊作者、香港大學張霜教授解釋。

另外，研究人員還成功創制了一種光頻響應的超透鏡。“我們團隊近年來發現，聲子極化激元具有超高的光場壓縮能力，可以極大增強光與物質相互作用。因此，我們與港大合作團隊深入研討后，創制了基于合成復頻波的碳化硅聲子極化激元光學超透鏡，成功將超透鏡的成像分辨率提升了約一個量級，這將對光學成像領域產生巨大影響。”論文共同通訊作者、國家納米科學中心研究員戴慶說。

合成復頻波方法是一種克服光學系統損耗的有效手段，不僅在超透鏡成像領域有卓越的表現，還可以擴展到光學的其他領域。在論文共同通訊作者、香港大學校長張翔院士看來，這是一個優美而普適的方法，可以拓展到其他波動體系，如聲波、彈性波以及量子波等，以解決損耗問題。