超越衍射极限的超级透镜

超越衍射极限的超级透镜  
    两个各自独立的美国研究小组上月在Science发表文章宣布制得具有放大能的“超级透镜”。所谓超级透镜是用负折射率材料制造的透镜，具有突破光波衍射极极限的神奇能力，被认为是下一代光学显微镜的希望所在。这两个美国研究组的突破标志着用负折射率材料制造的超级透镜即将投入实用，光学显微镜将突破光波波长的限制，在蛋白质、病毒和DNA分析等领域大放光彩。
    由于衍射的存在，无论我们如何摆弄传统光学透镜，它的成像精度都要受到波长的制约，即普通光学透镜不可能分辨出比波长小的观察物，这就是透镜的“衍射极限”。然而这个极限有一种突破它的方法。当光波照到物体表面时，除了折射、反射和衍射之外还有一部仅会沿物体表面传播，它的强度随着离开物体表面的距离呈指数衰减，被称为“隐失波”（evanescent waves也有译作“攸逝波”） 。隐失波包含了比其它传播方式的波细致得多的细节，但它衰减得太快，传统透镜对其无能为力。如果能捕捉到隐失波的信号，则可突破衍射极限。
    2000年John Pendry预言用负折射率材料可以捕捉到隐失波。理论上，用负折射率材料制造的超级透镜可以使隐失波从物体表面弯出变成能被传统透镜处理的传播方式。在Pendry预言之后，人们曾成功地用几种超级透镜将隐失波从物体表面拉出，但并没有解决隐失波的传播问题，它在离开物体表面后依然以极快的速度衰减。
   美国两小组这次突破的重点就是转换隐失波的传播方式，他们分别制造了用“超颖材料”制造的超级透镜，超颖材料是一种具有人造纳米结构的材料，具有多种自然材料不具备的新奇特性。马里兰大学小组的超级透镜是由多层镀金聚合物同心环构成，加州大学小组的超级透镜则由弯曲的氧化铝层和银层重重叠叠制成（见封面主图）。这两个设计的共同之处是都采用了圆柱形的外观，这种设计可以使隐失波脱离物体表面进行传播。
    马里兰透镜的分辨率达到了70nm，超出衍射极限7倍，加州透镜的分辨率为130nm。

参考论文：Science 315 1686,1699

参考：http://www.cpenet.org.cn/cpe_news/