超透鏡是一種利用納米結(jié)構(gòu)來聚焦光線的平面透鏡，具有超輕超薄的結(jié)構(gòu)和出色光學(xué)性能，被人們寄予替代傳統(tǒng)光學(xué)透鏡的厚望。20日，記者從國(guó)家納米科學(xué)中心獲悉，香港大學(xué)、國(guó)家納米科學(xué)中心和英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院等單位的研究人員密切合作，開發(fā)出一種合成復(fù)頻波方法，成功將超透鏡的成像分辨率提高了約一個(gè)量級(jí)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志。

2000年，英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院教授約翰·彭德里首次提出了超透鏡的概念，并預(yù)測(cè)其具有突破傳統(tǒng)光學(xué)成像分辨率極限的能力。緊接著，中國(guó)科學(xué)院外籍院士張翔團(tuán)隊(duì)構(gòu)建出新型銀-聚合物超透鏡，極大地推動(dòng)了超透鏡技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。自此以后，超透鏡研究成為光學(xué)領(lǐng)域的熱門課題。

經(jīng)過廣泛驗(yàn)證，利用極化激元材料和超構(gòu)材料構(gòu)筑的超透鏡，其成像分辨率能夠超越傳統(tǒng)光學(xué)透鏡成像分辨率的極限。然而，超透鏡在使用過程中的光學(xué)損耗，會(huì)嚴(yán)重限制其分辨率進(jìn)一步提升，進(jìn)而也限制了其發(fā)展應(yīng)用。

為解決這一難題，研究人員提出了一種實(shí)用的解決方案，可以顯著提高超透鏡的成像質(zhì)量。 “我們借助多頻率組合的復(fù)頻波方法來獲得虛擬增益，進(jìn)而抵消超透鏡的光學(xué)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(jìn)一步借助微波頻段雙曲超構(gòu)材料的超透鏡實(shí)驗(yàn)，對(duì)這一方案進(jìn)行了驗(yàn)證，驗(yàn)證的成像效果與我們的理論預(yù)期高度一致。”論文共同通訊作者、香港大學(xué)張霜教授解釋。

另外，研究人員還成功創(chuàng)制了一種光頻響應(yīng)的超透鏡。“我們團(tuán)隊(duì)近年來發(fā)現(xiàn)，聲子極化激元具有超高的光場(chǎng)壓縮能力，可以極大增強(qiáng)光與物質(zhì)相互作用。因此，我們與港大合作團(tuán)隊(duì)深入研討后，創(chuàng)制了基于合成復(fù)頻波的碳化硅聲子極化激元光學(xué)超透鏡，成功將超透鏡的成像分辨率提升了約一個(gè)量級(jí)，這將對(duì)光學(xué)成像領(lǐng)域產(chǎn)生巨大影響。”論文共同通訊作者、國(guó)家納米科學(xué)中心研究員戴慶說。

合成復(fù)頻波方法是一種克服光學(xué)系統(tǒng)損耗的有效手段，不僅在超透鏡成像領(lǐng)域有卓越的表現(xiàn)，還可以擴(kuò)展到光學(xué)的其他領(lǐng)域。在論文共同通訊作者、香港大學(xué)校長(zhǎng)張翔院士看來，這是一個(gè)優(yōu)美而普適的方法，可以拓展到其他波動(dòng)體系，如聲波、彈性波以及量子波等，以解決損耗問題。