新方法成功将超透镜成像分辨率提高一个量级

科技日报记者 陆成宽

超透镜是一种利用纳米结构来聚焦光线的平面透镜，具有超轻超薄的结构和出色光学性能，被人们寄予替代传统光学透镜的厚望。20日，记者从国家纳米科学中心获悉，香港大学、国家纳米科学中心和英国帝国理工学院等单位的研究人员密切合作，开发出一种合成复频波方法，成功将超透镜的成像分辨率提高了约一个量级。相关研究成果在线发表于《科学》杂志。

2000年，英国帝国理工学院教授约翰·彭德里首次提出了超透镜的概念，并预测其具有突破传统光学成像分辨率极限的能力。紧接着，中国科学院外籍院士张翔团队构建出新型银-聚合物超透镜，极大地推动了超透镜技术的发展和应用。自此以后，超透镜研究成为光学领域的热门课题。

经过广泛验证，利用极化激元材料和超构材料构筑的超透镜，其成像分辨率能够超越传统光学透镜成像分辨率的极限。然而，超透镜在使用过程中的光学损耗，会严重限制其分辨率进一步提升，进而也限制了其发展应用。

为解决这一难题，研究人员提出了一种实用的解决方案，可以显著提高超透镜的成像质量。 “我们借助多频率组合的复频波方法来获得虚拟增益，进而抵消超透镜的光学损耗。我们首先在理论上论证了这一方案的可行性。之后，我们进一步借助微波频段双曲超构材料的超透镜实验，对这一方案进行了验证，验证的成像效果与我们的理论预期高度一致。”论文共同通讯作者、香港大学张霜教授解释。

另外，研究人员还成功创制了一种光频响应的超透镜。“我们团队近年来发现，声子极化激元具有超高的光场压缩能力，可以极大增强光与物质相互作用。因此，我们与港大合作团队深入研讨后，创制了基于合成复频波的碳化硅声子极化激元光学超透镜，成功将超透镜的成像分辨率提升了约一个量级，这将对光学成像领域产生巨大影响。”论文共同通讯作者、国家纳米科学中心研究员戴庆说。

合成复频波方法是一种克服光学系统损耗的有效手段，不仅在超透镜成像领域有卓越的表现，还可以扩展到光学的其他领域。在论文共同通讯作者、香港大学校长张翔院士看来，这是一个优美而普适的方法，可以拓展到其他波动体系，如声波、弹性波以及量子波等，以解决损耗问题。