香港特别行政区-媒体外展- 2023年8月21日-由香港大学(港大)物理系临时主任张爽教授带领的合作研究团队，与Natio南京帝国理工学院纳米科学与技术研究中心ndon和加州大学伯克利分校提出了一种新的合成复频率波(CFW)方法来解决超成像演示中的光学损耗。该研究结果最近发表在著名的学术杂志上科学．
成像起着重要作用。 在包括生物学、医学和材料科学在内的许多领域发挥着重要作用。光学显微镜利用光来获得微小物体的成像。然而,有限公司 传统的显微镜不能 最多只能按光学波长的顺序解析特征尺寸，称为衍射极限。
为了克服衍射极限，帝国理工学院的John Pendry爵士 伦敦介绍了公司 超透镜的概念，它可以是 从负面的指示媒体或高尚的我 它像银一样。随后，港大现任校长张翔教授和他当时在加州大学伯克利分校的团队进行了实验演示 利用银薄膜和银/介电多层堆叠进行超成像。这些工作广泛地促进了超透镜技术的发展和应用。不幸的是，所有的超级透镜都有不可避免的光学损耗 将光能转化为热能。这极大地影响了光学设备的性能，例如依赖于光波携带信息的忠实传递的超级成像透镜。
光损耗一直是制约其发展的主要因素 制约了纳米照相技术的发展 网卡在过去的三十年。许多应用，包括传感、超成像和纳米照片 如果这个问题能够得到解决，Nic电路将大有裨益。
张爽教授，通讯 论文的第一作者兼港大物理系临时系主任解释了研究的重点:“解决某些粒子的光损耗问题 在重要的应用中，我们提出了一种实用的解决方案——利用一种新颖的合成复波激发来获得虚拟增益，然后抵消光学系统的本征损耗。作为验证，我们将这种方法应用于超透镜成像机制，理论上显著提高了成像分辨率。”
我们进一步演示 用co来说明我们的理论 用双曲线的超透镜进行实验 微波频率范围内的材料和极化子 光学频率范围内的材料。正如预期的那样，我们获得了良好的成像效果 这与我们的理论预测一致，”该论文的第一作者、香港大学博士后关福新博士补充说。
克服光损耗的多频方法
在这项研究中，研究人员提出了一种新的多频方法来克服损失对超成像的负面影响。复频率波可以用来提供虚拟增益来补偿光学系统中的损耗。复频率是什么意思?波的频率是指它在时间上振荡的速度。这是很自然的 内部频率是实数。有趣的是， 频率的概念可以推广到复域，其中 频率的虚部也有明确的物理含义，即波在时间上放大或衰减的速度。因此，对于复频率波，波的振荡和放大同时发生。对于虚部为负(正)的复频率，波随时间衰减(放大)。当然，一个理想的复波不是物理的，因为当时间趋近于正无穷或负无穷时，它会发散，这取决于它的虚部的符号。因此，任何实际实现的复频率波都需要及时截断以避免发散。光学测量直接进行 对复频率波的Sed需要在时域内进行，涉及复杂的时门控测量，因此到目前为止还没有实验实现。
该团队利用数学工具傅立叶变换将截断的CFW分解成许多化合物 不同的实际频率，极大地促进了cfw在各种应用中的实现，例如超级成像。通过在固定间隔内以多个实频率进行光学测量，可以实现光学测量 构建光学响应 用数学方法结合实频率在复频率下的系统的Nse。
作为概念的证明，该团队开始使用双曲me在微波频率下进行超成像 tamaterial。夸张的我 材料可以携带具有非常大的波向量(或等效的非常小的波长)的波，这能够传输非常小的特征尺寸的信息。然而，波矢量越大，波对光损耗越敏感。因此，在存在损失的情况下，这些小特征尺寸的信息在双曲线内的传播过程中会丢失 tamaterial。研究人员表明，通过适当地组合在不同实际频率下测量的模糊图像，形成了具有深亚波长分辨率的复频率清晰图像。
该团队进一步将该原理扩展到光学频率，使用由pho制成的光学超级透镜 一种叫做碳化硅的非离子晶体，它的工作波长约为10微米远红外线。在一张照片里 在非离子晶体中，晶格振动可以与光耦合产生超成像效果。然而，损耗仍然是空间分辨率的限制因素。尽管在所有实频率下成像的空间分辨率受到损耗的限制，如纳米级孔的模糊图像所示，但合成的cfw可以获得超高分辨率的成像 由多个频率分量组成。
“这项工作为克服光学系统中的光学损耗提供了一个解决方案，这是纳米光子学中一个长期存在的问题。”合成的复频率方法可以很容易地扩展到其他应用，包括分子传感和纳米光子 另一位通讯记者张翔教授说 论文的第一作者，港大校长兼物理及工程学院主席。他称赞这是一种非凡的、普遍适用的方法，“这可以用来解决其他波系统的损失，包括声波、弹性波和量子波，将成像质量提升到一个新的高度。”
本研究获香港研究资助局新基石科学基金资助。
期刊论文:“用复频率合成波克服超透镜中的损耗”， 科学。
该杂志可以在这里访问:https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi1267
更多信息a 关于张爽教授:https://shorturl.at/efCN1
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