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

成像在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)等許多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。光學(xué)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(xué)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(xué)院的John Pendry爵士提出了超透鏡的概念，這種透鏡可以由負(fù)折射率介質(zhì)或貴金屬如銀制成。隨后，港大現(xiàn)任校長張翔教授與他當(dāng)時(shí)在加州大學(xué)伯克利分校的團(tuán)隊(duì)，通過實(shí)驗(yàn)證明了使用銀薄膜和銀/介電多層堆疊的超成像。

合成復(fù)頻波克服超透鏡中的光學(xué)損耗示意圖

這些工作廣泛地推動(dòng)了超透鏡技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)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(zhuǎn)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(xué)器件的性能。

光損耗是過去三十年來制約納米光子學(xué)發(fā)展的主要限制因素，如果這個(gè)問題能夠得到解決，許多應(yīng)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(diǎn)：“為了解決一些重要應(yīng)用中的光學(xué)損耗問題，我們提出了一種實(shí)用的解決方案——使用一種新的合成復(fù)波激發(fā)來獲得虛擬增益，然后抵消光學(xué)系統(tǒng)的固有損耗。作為驗(yàn)證，我們將這種方法應(yīng)用于超透鏡成像機(jī)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(guān)福新博士補(bǔ)充道：“我們進(jìn)一步證明了我們的理論，使用微波頻率范圍內(nèi)的雙曲線超材料，光學(xué)頻率范圍內(nèi)的偏振子超材料制成的超透鏡，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。正如預(yù)期的那樣，獲得了與我們的理論預(yù)測一致的出色的成像結(jié)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(duì)超成像的負(fù)面影響。復(fù)頻波可以用來提供虛擬增益來補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)中的損耗。

圖2.波的電場分布在實(shí)頻（a）、復(fù)頻（b）和截?cái)鄰?fù)頻（c）中。由多個(gè)實(shí)頻的線性組合合成的截?cái)鄰?fù)頻率波（d）。