超透镜揭示传统光学成像技术无法看到的亚波长级别的特征

一个由中国和英国科学家组成的团队制造了迄今为止分辨率最高的光学成像透镜。

19世纪以来，医生们一直认为，光学显微镜存在一个分辨率极限，超出这个极限就无法清楚地看到物体。当物体小于200纳米，比如一些病毒，它们在光学显微镜下就难以辨认了。

但在2000年，英国帝国理工学院的科学家约翰·彭德里提出了一个可以解决这个问题的“超透镜”的概念。超透镜是由混合了金属和其他物质的等离子体材料制成，可以生成亚波长级别的图像。

武汉大学教授郑国兴说：“光学成像技术的最终目标在于分辨率。超透镜突破了分辨率极限，令物理学家感到吃惊。然而，由金属和电解质制成的混合表面可能导致严重的光学损耗，这个问题已经存在了20年。”郑没有参与这项研究。

从事这项最新研究的是一个国际团队，由香港大学的张霜教授和香港大学现任校长张翔教授领导，彭德里和中国国家纳米科学中心的研究人员参与其中。在这项研究中，研究人员找到了一种将分辨率极限提高一个量级、至数十纳米的方法。

该团队使用了多个频率的组合来提高分辨率，并抵消超透镜的光学损耗。他们的研究成果18日发表在同行评议的《科学》杂志上。 他们使用数学公式将复杂的光波转化为简单波的组合，然后利用这些简单波提供的信息来弥补图像质量的损失。 换句话说，这就像使用光谱的不同颜色来创造一种新的颜色，这种颜色可以显示比原初颜色更多的细节。利用这种方法，实现超高分辨率成像是可能的。

张霜对记者说：“我们首先从理论上证明了这种方法，然后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。成像效果与我们的理论预期高度一致。”

在此基础上，该团队成功地设计了一种超透镜，并在实验室中将其成像分辨率提高了约一个量级。 张翔对记者说：“这是一种美丽而通用的方法，可用于多个光频，并可拓展到其他波系统——如声波、弹性波和量子波——以解决损耗问题。” 《科学》杂志的编辑伊恩·奥斯本在该杂志上写道，这项技术“展示了克服超透镜系统内在损耗的实用方法，有可能让成像和传感能力获得重大提升”。 超透镜可应用于生物医学、光纤通信、纳米技术等需要高分辨率成像的领域。它们可以揭示传统光学成像技术无法看到的亚波长级别的特征。

审核编辑：彭菁