香港大學物理學系張霜教授領導的研究團隊，與英國國家納米科學與技術中心、倫敦帝國理工學院和加州大學伯克利分校合作，提出了一種新的合成復頻波(CFW)方法，以解決超成像演示中的光學損耗問題。研究成果最近發(fā)表在《科學》雜志上。

成像在生物學、醫(yī)學和材料科學等許多領域都發(fā)揮著重要作用。光學顯微鏡利用光線獲取微小物體的成像，但傳統(tǒng)顯微鏡最多只能分辨光學波長大小的特征尺寸，即衍射極限。

為了克服衍射的限制，倫敦帝國理工學院的John Pendry爵士提出了超透鏡的概念，這種透鏡可以由負折射率介質或貴金屬如銀制成。隨后，港大現任校長張翔教授與他當時在加州大學伯克利分校的團隊，通過實驗證明了使用銀薄膜和銀/介電多層堆疊的超成像。

合成復頻波克服超透鏡中的光學損耗示意圖

這些工作廣泛地推動了超透鏡技術的發(fā)展和應用，但所有的超透鏡都不可避免地存在光損耗，光損耗將光能轉化為熱能，這極大地影響了超成像透鏡等依賴于光波傳遞信息的光學器件的性能。

光損耗是過去三十年來制約納米光子學發(fā)展的主要限制因素，如果這個問題能夠得到解決，許多應用，包括傳感、超成像和納米光子電路，都將受益匪淺。

論文通訊作者張霜教授解釋了研究重點：“為了解決一些重要應用中的光學損耗問題，我們提出了一種實用的解決方案——使用一種新的合成復波激發(fā)來獲得虛擬增益，然后抵消光學系統(tǒng)的固有損耗。作為驗證，我們將這種方法應用于超透鏡成像機制，理論上顯著提高了成像分辨率。”

該論文的第一作者、港大博士后關福新博士補充道：“我們進一步證明了我們的理論，使用微波頻率范圍內的雙曲線超材料，光學頻率范圍內的偏振子超材料制成的超透鏡，并進行了實驗。正如預期的那樣，獲得了與我們的理論預測一致的出色的成像結果”。

多頻率克服光損耗的方法

在本研究中，研究人員提出了一種新的多頻率方法來克服損耗對超成像的負面影響。復頻波可以用來提供虛擬增益來補償光學系統(tǒng)中的損耗。

圖2.波的電場分布在實頻（a）、復頻（b）和截斷復頻（c）中。由多個實頻的線性組合合成的截斷復頻率波（d）。