一個由中國和英國科學(xué)家組成的團隊制造了迄今為止分辨率最高的光學(xué)成像透鏡。

19世紀以來，醫(yī)生們一直認為，光學(xué)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(dāng)物體小于200納米，比如一些病毒，它們在光學(xué)顯微鏡下就難以辨認了。

但在2000年，英國帝國理工學(xué)院的科學(xué)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(zhì)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(xué)教授鄭國興說：“光學(xué)成像技術(shù)的最終目標(biāo)在于分辨率。超透鏡突破了分辨率極限，令物理學(xué)家感到吃驚。然而，由金屬和電解質(zhì)制成的混合表面可能導(dǎo)致嚴重的光學(xué)損耗，這個問題已經(jīng)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(xué)的張霜教授和香港大學(xué)現(xiàn)任校長張翔教授領(lǐng)導(dǎo)，彭德里和中國國家納米科學(xué)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(shù)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(xué)損耗。他們的研究成果18日發(fā)表在同行評議的《科學(xué)》雜志上。

他們使用數(shù)學(xué)公式將復(fù)雜的光波轉(zhuǎn)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(zhì)量的損失。

換句話說，這就像使用光譜的不同顏色來創(chuàng)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(jié)。利用這種方法，實現(xiàn)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(gòu)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(yù)期高度一致?！?/p>

在此基礎(chǔ)上，該團隊成功地設(shè)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(tǒng)——如聲波、彈性波和量子波——以解決損耗問題。”

《科學(xué)》雜志的編輯伊恩·奧斯本在該雜志上寫道，這項技術(shù)“展示了克服超透鏡系統(tǒng)內(nèi)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(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、光纖通信、納米技術(shù)等需要高分辨率成像的領(lǐng)域。它們可以揭示傳統(tǒng)光學(xué)成像技術(shù)無法看到的亞波長級別的特征。

審核編輯 黃宇