利用極化激元材料和超構材料構筑的超透鏡能夠超越傳統(tǒng)光學成像分辨率的極限，實現(xiàn)亞波長級別的微觀結構和生物分子的更好觀測，對物理芯片、化學材料和生命科學等領域產(chǎn)生廣泛而革命性的影響。2000年，英國帝國理工學院John Pendry爵士首次提出了超透鏡的概念，并預測其具有突破傳統(tǒng)光學成像分辨率極限的能力。隨后，中國科學院外籍院士張翔團隊率先提出了新型銀-聚合物超透鏡的實驗方案，極大推動了超透鏡技術的發(fā)展和應用。自此以后，各國科學家紛紛加大對超透鏡的研究投入，成為光學領域的熱門課題，并被廣泛應用于生物醫(yī)學、光纖通信、光學成像等場景。然而，超透鏡的光學損耗一直是該領域長期存在的關鍵科學問題，限制了成像分辨率的進一步提升。

為了解決這一挑戰(zhàn)，香港大學教授張霜-張翔院士團隊與中國科學院國家納米科學中心研究員戴慶團隊以及John Pendry團隊合作提出了一種實用的解決方案，借助多頻率組合的復頻波方法激發(fā)來獲得虛擬增益，進而抵消光學體系的本征損耗，獲得更高質(zhì)量的超透鏡成像分辨率。為了驗證此理論的有效性，合作團隊分別從微波頻段和光頻段進行實驗設計合成復頻波的超透鏡。

戴慶課題組近年來長期研究提升光與物質(zhì)相互作用能力，探索原子制造技術下高壓縮的極化激元材料和器件設計，在近場光學成像技術領域積累了豐富經(jīng)驗，因此為光頻段極化激元超透鏡的設計奠定了強有力的實驗基礎。

戴慶課題組與合作者深入研討后，創(chuàng)制了基于合成復頻波的碳化硅聲子極化激元超透鏡，實現(xiàn)了超透鏡成像的分辨率約一個量級的提升，有望對光學成像領域產(chǎn)生巨大影響。因此，合成復頻波方法是一種克服光子學系統(tǒng)本征損耗的實用技術，不僅在超透鏡成像領域有卓越表現(xiàn)，還可以擴展到光學其他領域，例如極化激元分子傳感和波導器件等。該方法還可以針對不同的系統(tǒng)和幾何形狀進行定制化應用，為提高多頻段光學性能、設計高密度集成光子芯片等方向提供了一條潛在途徑。

合成復頻波方法提升超透鏡成像質(zhì)量的原理示意圖

8月18日，相關研究成果在線發(fā)表于《科學》雜志。上述研究工作獲得國家重點研發(fā)計劃納米前沿重點專項、國家自然科學基金等的支持。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi1267