加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員發(fā)明了一種新型成像儀，它能捕捉到比傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)的局限性小得多的特征。這項(xiàng)創(chuàng)新有望給生物成像、光刻和材料科學(xué)等領(lǐng)域帶來(lái)革命性的變化。這項(xiàng)研究成果以《Subwavelength imaging using a solid-immersion diffractive optical processor》為題，發(fā)表在《eLight》雜志上。

圖片:a-new-compact-diffract.jpg

研究人員提出了一種對(duì)相位和振幅物體進(jìn)行亞波長(zhǎng)分辨率成像的新方法。他們的技術(shù)依靠帶有固體浸透層的衍射編碼和解碼來(lái)恢復(fù)與物體亞波長(zhǎng)特征相對(duì)應(yīng)的高頻信息。

光學(xué)成像分辨率的傳統(tǒng)極限被稱(chēng)為衍射極限，它限制了觀察小于光波長(zhǎng)一半的細(xì)節(jié)的能力。這種新型成像儀采用固體浸入式衍射空間信息編碼，克服了這一障礙。

來(lái)自物體的光首先與高指數(shù)材料相互作用，這種材料使用優(yōu)化的物理編碼進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)，編碼的高頻信息超出了傳統(tǒng)的衍射極限。然后，與編碼器材料共同優(yōu)化的衍射解碼器處理這些編碼信息，并生成物體的放大圖像，顯示亞波長(zhǎng)特征。

這種成像系統(tǒng)及其空間結(jié)構(gòu)，作為編碼器和解碼器材料的一部分，是通過(guò)基于深度學(xué)習(xí)的優(yōu)化設(shè)計(jì)而成的。由此產(chǎn)生的智能成像儀特別緊湊，設(shè)計(jì)厚度不到光波長(zhǎng)的 100 倍。它還具有直接進(jìn)行定量相位檢索的優(yōu)勢(shì)，無(wú)需進(jìn)行冗長(zhǎng)且耗電的計(jì)算機(jī)處理。

研究人員成功地在太赫茲頻率下測(cè)試了該成像儀，并證明它能夠分辨小至 λ/3.4 （其中 λ 是波長(zhǎng)）的特征。他們還表明，該成像儀可以處理各種類(lèi)型的物體，包括相位和振幅結(jié)構(gòu)。

這種新方法具有高度適應(yīng)電磁波譜不同部分的潛力。通過(guò)對(duì)衍射特征進(jìn)行物理縮放，該成像儀無(wú)需重新設(shè)計(jì)就能適用于不同的照明波長(zhǎng)。

研究人員認(rèn)為，這種固體浸入式衍射成像儀體積小巧、成本效益高，而且能夠捕捉亞波長(zhǎng)特征，因此將極大地推動(dòng)生物成像、傳感和材料檢測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展。

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