香港大學校長張翔教授團隊最新Science：用復頻率合成波克服超透鏡的損耗

一、【導讀】

由等離子體激元材料和超材料制成的超透鏡可以在亞衍射尺度上成像。然而，固有損耗降低了超透鏡的深亞波長信息，嚴重限制了成像分辨率，這一問題也阻礙了超透鏡的廣泛應用。目前已經提出通過引入虛擬增益用以抵消超透鏡中的固有損耗，從而表現出時間衰減行為的復頻率光波(CFWs)，但是由于具有時間衰減的成像測量困難問題，合成CFWs在光學系統中具有很大的挑戰性，一直缺乏相關實驗。

二、【成果掠影】

近日香港大學校長張翔教授、張霜教授以及國家納米科學技術中心戴慶研究員，英國倫敦帝國學院John Pendry教授團隊提出了一種基于實際頻率測量的多頻方法來構建復頻率光波(CFWs)。在多個實際頻率下進行了測量，并根據洛倫茲線形將不同頻率下的測量場圖組合在一起，數字合成了CFW照明下的場分布。作為概念證明，在光學頻率下工作的SiC材料和在微波頻率下工作的大塊雙曲超材料都被用作超級透鏡。盡管由于這些系統中仍舊存在不可避免的材料損耗，在實際頻率下成像的空間分辨率很差，但由多個頻率分量組成的合成CFW可以獲得超高分辨率成像。該項工作為克服成像和傳感應用中等離子體系統的固有損耗提供了一個實用的解決方案。相關研究成果以“Overcoming losses in superlenses with synthetic waves of complex frequency”為題發表在國際著名期刊Science上。

三、【核心創新點】

該項工作在實驗上實現虛擬增益并觀察深亞波長圖像，為克服成像和傳感應用中等離子體系統的固有損耗提供了一個實用的解決方案。

四、【數據概覽】

圖1.基于合成CFW超成像透鏡損耗補償示意圖?2023 Science

圖2 在微波頻率時，在雙曲透鏡的超成像中損耗補償的實驗演示?2023 Science

圖3頻率點數對成像質量影響的研究?2023 Science

圖4在使用SiC超透鏡中紅外成像的損耗補償的實驗研究?2023 Science

五、【成果啟示】

該項研究提出了一種補償雙曲超材料和SiC超成像透鏡固有損耗的方法，通過多頻方法合成復頻率激勵，提高了成像分辨率，超出了系統阻尼的限制。該方法成功地克服了在時域實驗中實現CFW的挑戰，包括需要精確的CFW合成和達到準穩態后的時間門控測量，并且在高分辨率顯微鏡中具有很大的潛力。此外，合成復頻率方法可以擴展到其他光學領域，如等離子體傳感應用。通過利用等離子體結構的增強質量因子，該方法有可能大大提高傳感應用的靈敏度。此外，該方法可以針對不同的系統和幾何形狀進行定制，為提高光學性能提供了靈活和通用的工具。

原文鏈接：

https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adi1267

本文由小藝撰稿