超臨界透鏡的超衍射極限光場調(diào)控研究進(jìn)展（特邀）

鄭怡茵，秦飛，李向平

（暨南大學(xué)光子技術(shù)研究院，廣東省光纖傳感與通信重點(diǎn)實驗室，廣州 511443）

0 引言

透鏡是光學(xué)系統(tǒng)最核心的元件，光學(xué)透鏡的聚焦和成像能力對物理學(xué)、材料學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、電子學(xué)等眾多領(lǐng)域的研究和工業(yè)生產(chǎn)都具有重要意義。傳統(tǒng)透鏡存在曲面加工困難、體積大、質(zhì)量重等問題，且受到光學(xué)衍射極限的制約，難以實現(xiàn)遠(yuǎn)場超分辨聚焦與成像。根據(jù)光的波動性本質(zhì)，由阿貝定律（D=0.5λ/NA）［1］及瑞利判據(jù)（R=0.61λ/NA）可知［2，3］，對應(yīng)可見光波長區(qū)域，光學(xué)顯微鏡具有橫向最高200 nm左右的分辨率限制。減小照明光波長或者增大光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑可以有效提高系統(tǒng)觀測分辨率，但超短波長照明光和超大口徑的光學(xué)系統(tǒng)的加工制造會帶來極高的制造難度和使用成本。在線性光學(xué)體系中，突破衍射極限而獲得超分辨的聚焦和成像始終是光學(xué)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。1928 年SYNGE E H 提出的基于近場掃描方式的光學(xué)超分辨成像思想是目前常用的超衍射極限光學(xué)表征的技術(shù)手段［4］。但是近場掃描的成像方式需要用剛性的探針在被探測樣品表面幾十納米的距離上逐點(diǎn)掃描，成像速度受限制并容易對樣品造成損傷。2005 年，美國加州大學(xué)伯克利分校的ZHANG Xiang 團(tuán)隊提出基于負(fù)折射率材料的超透鏡（superlens），通過收集并放大消逝場，在365 nm 波長照明下實現(xiàn)了89 nm 分辨力的超衍射極限成像［5-7］。其后，該小組根據(jù)美國普林斯頓大學(xué)研究小組提出的hyperlens 的成像原理，在365 nm 照明波長下成功分辨出周期150 nm、線寬35 nm 的圖形，在實驗上驗證了超分辨放大成像特性［8］。……