超透鏡揭示傳統光學成像技術無法看到的亞波長級別的特征

一個由中國和英國科學家組成的團隊制造了迄今為止分辨率最高的光學成像透鏡。

19世紀以來，醫生們一直認為，光學顯微鏡存在一個分辨率極限，超出這個極限就無法清楚地看到物體。當物體小于200納米，比如一些病毒，它們在光學顯微鏡下就難以辨認了。

但在2000年，英國帝國理工學院的科學家約翰·彭德里提出了一個可以解決這個問題的“超透鏡”的概念。超透鏡是由混合了金屬和其他物質的等離子體材料制成，可以生成亞波長級別的圖像。

武漢大學教授鄭國興說：“光學成像技術的最終目標在于分辨率。超透鏡突破了分辨率極限，令物理學家感到吃驚。然而，由金屬和電解質制成的混合表面可能導致嚴重的光學損耗，這個問題已經存在了20年?！编崨]有參與這項研究。

從事這項最新研究的是一個國際團隊，由香港大學的張霜教授和香港大學現任校長張翔教授領導，彭德里和中國國家納米科學中心的研究人員參與其中。在這項研究中，研究人員找到了一種將分辨率極限提高一個量級、至數十納米的方法。

該團隊使用了多個頻率的組合來提高分辨率，并抵消超透鏡的光學損耗。他們的研究成果18日發表在同行評議的《科學》雜志上。 他們使用數學公式將復雜的光波轉化為簡單波的組合，然后利用這些簡單波提供的信息來彌補圖像質量的損失。 換句話說，這就像使用光譜的不同顏色來創造一種新的顏色，這種顏色可以顯示比原初顏色更多的細節。利用這種方法，實現超高分辨率成像是可能的。

張霜對記者說：“我們首先從理論上證明了這種方法，然后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。成像效果與我們的理論預期高度一致?！?/p>

在此基礎上，該團隊成功地設計了一種超透鏡，并在實驗室中將其成像分辨率提高了約一個量級。 張翔對記者說：“這是一種美麗而通用的方法，可用于多個光頻，并可拓展到其他波系統——如聲波、彈性波和量子波——以解決損耗問題?！?《科學》雜志的編輯伊恩·奧斯本在該雜志上寫道，這項技術“展示了克服超透鏡系統內在損耗的實用方法，有可能讓成像和傳感能力獲得重大提升”。 超透鏡可應用于生物醫學、光纖通信、納米技術等需要高分辨率成像的領域。它們可以揭示傳統光學成像技術無法看到的亞波長級別的特征。

審核編輯：彭菁