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港大张翔院士/张霜教授、纳米中心戴庆研究员、帝国理工John Pendry教授 Science: 复频率合成波克服超透镜损耗

时间：2023-08-21 来源： 浏览：

港大张翔院士/张霜教授、纳米中心戴庆研究员、帝国理工John Pendry教授 Science: 复频率合成波克服超透镜损耗

化学与材料科学
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       超透镜Superlenses是由等离子体激元材料和超材料制成的，并在亚衍射尺度上，实现特征成像。然而，固有损耗严重限制了成像分辨率，这一问题也阻碍了超透镜的广泛应用。目前已经提出的解决方案是，通过引入虚拟增益，用以抵消超透镜中的固有损耗，从而表现出时间衰减行为的复频率光波，但是由于具有时间衰减 的成像测量困难，还没有实验实现。

       近日， 香港大学张翔院士 、 张霜教授 与 国家纳米科学中心戴庆研究员 ， 英国帝国理工学院John Pendry教授 合作，提出了一种基于实际频率测量的多频方法来构建复频率光波(CFWs)。在多个实际频率下进行了测量，并根据洛伦兹线形将不同频率下的测量场图组合在一起，数字合成了CFW照明下的场分布。作为概念证明，在光学频率下工作的SiC材料和在微波频率下工作的大块双曲超材料都被用作超级透镜。尽管由于这些系统中仍旧存在不可避免的材料损耗，在实际频率下成像的空间分辨率很差，但由多个频率分量组成的合成CFW可以获得超高分辨率成像。该项工作为克服成像和传感应用中等离子体系统的固有损耗提供了一个实用的解决方案。相关研究成果以“Overcoming losses in superlenses with synthetic waves of complex frequency”为题发表在国际著名期刊  Science  上。第一作者为 Fuxin Guan 、 Xiangdong Guo 和 Kebo Zeng 为共同一作，通讯作者为 香港大学 张霜 教授、 香港 大学 张翔 院士、国家纳米科学中心 戴庆 研究员和英国帝国理工学院 John Pendry 教授。
这种方法，在实验上实现虚拟增益，并观察到了深亚波长图像。该项工作提供了一种实用的解决方案，以克服等离子体激元系统的固有损耗，进而用于成像和传感应用。
图1. 基于合成复频波complex-frequency waves，CFW，超成像透镜的损耗补偿的示意图。
图2. 在微波频率时，在双曲透镜的超成像中，损耗补偿的实验演示。
图3. 成像质量与频率点数关系的研究。
图4. 在碳化硅SiC超透镜中，红外成像损耗补偿的实验研究。
该项研究表明，用合成频率synthetic frequency波照射，在时间上波形会衰减，并用以恢复亚波长特征，从而使超透镜真正超级。这项工作展示了一种克服等离子体激元系统中固有损耗的实用方法，并表明在成像和传感能力方面有实质性的提升潜力。

原文链接

https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adi1267

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