我国学者与海外合作者在合成复频波方法的超透镜方面取得进展

　　

图 合成复频波方法提升超透镜成像质量的原理示意图

　　在国家自然科学基金项目（批准号：51925203、52102160）等资助下，国家纳米科学中心戴庆研究员团队与香港大学张霜教授-张翔院士团队等合作者在合成复频波方法的超透镜方面取得进展，相关成果以“用合成复频波方法克服超级透镜的损耗（Overcoming losses in superlenses with synthetic waves of complex frequency）”为题于2023年8月18日发表在《科学》（Science）杂志上。论文链接：https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.adi1267。

　　通过利用极化激元材料和超构材料构建的超透镜，可以超越传统光学成像分辨率的极限，实现亚波长级别的微观结构和生物分子的更好观测，对物理芯片、化学材料和生命科学等领域产生了广泛而革命性的影响。2000年，英国帝国理工学院的John Pendry爵士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。紧随其后，中国科学院外籍院士张翔教授团队率先提出了新型银-聚合物超透镜的实验方案，极大地推动了超透镜技术的发展和应用。自此以后，各国科学家纷纷加大对超透镜的研究投入，成为光学领域的热门课题，并被广泛应用于生物医学、光纤通信、光学成像等领域。然而，超透镜的光学损耗一直是该领域长期存在的关键科学问题，限制了成像分辨率的进一步提升。

　　为了克服这一挑战，国家纳米科学中心的戴庆研究员团队与香港大学的张霜教授-张翔院士团队以及帝国理工学院的John Pendry爵士团队等合作提出了一种实用的解决方案。该方案采用多频率组合的复频波方法，激发虚拟增益以抵消光学系统的本征损耗，从而获得更高质量的超透镜成像分辨率。为了验证这一理论的有效性，合作团队分别在微波频段和光频段进行了实验，设计合成了复频波的超透镜（图）。

　　该研究团队近年来长期研究提升光与物质相互作用能力，探索原子制造技术下高压缩的极化激元材料和器件设计，在近场光学成像技术领域积累了丰富的经验，因此为光频段极化激元超透镜的设计奠定了强有力的实验基础。

　　在前期研究基础上，该研究团队与合作者创造性地开发出基于合成复频波的碳化硅声子极化激元超透镜，实现了超透镜成像分辨率约一个量级的提升，这将对光学成像领域产生巨大的影响，为提高多频段光学性能、设计高密度集成光子芯片等方向提供了潜在途径。