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没有超级透镜的超级透镜:物理学家将显微镜推向极限
发布时间:2023-11-13 15:45:52 阅读:408

来源:悉尼大学 (University of Sydney);太赫兹研发网 余郑璟博士 编译

科学家采用新型超透镜技术。通过使用虚拟后观测技术,观察一个只有0.15毫米宽的物体。物体“THZ”(表示所用光的“太赫兹”频率)(左上角)与初始光学测量一起显示(右上角);在正常透镜化之后(左下角);以及在超亮之后(右下角)。
来源:悉尼大学

    自从Antonie van Leeuwenhoek在17世纪末通过显微镜发现细菌世界以来,人类就试图更深入地观察无穷小的世界。

    然而,使用传统光学方法对物体进行仔细检查的程度存在物理限制。 这被称为衍射极限,这是由光表现为波这一事实所决定。这意味着聚焦图像永远不能小于用于观察物体的光波长的一半。

    用“超级镜片”打破这一限制的尝试都遇到了极度视觉损失的障碍,这往往会使镜片变得不透明。现在,悉尼大学的物理学家们展示了一种新的途径,可以用最小的损耗来实现超灵敏性,可以突破衍射极限近四倍。他们成功的关键就是完全去掉了超级透镜。

    这项研究发表在《自然通讯》上。

    研究人员表示,这项工作将使科学家能够进一步改进超分辨率显微镜。它可以推进癌症诊断、医学成像、考古和法医学等领域的成像。

    该研究的首席作者、悉尼大学物理学院和纳米研究所的Alessandro Tuniz博士说,“我们现在已经开发出一种在不使用超级透镜的情况下实现超灵敏的实用方法。为此,我们将光探测器放置在远离物体的地方,然后开始收集高分辨率和低分辨率信息。和以往方法不同的是,通过在更远的地方进行测量,探测器不会对高分辨率数据造成干扰。”

    以往的研究都试图尝试用新型材料制造的超级透镜。然而,大多数材料吸收的光太多,无法使超级透镜真正发挥其作用。

    Tuniz 博士说:“在测量完成后,我们通过在计算机上进行超透镜操作,作为后处理步骤,很好地克服了这一问题。而且通过选择性放大倏逝(或消失)的光波,可以产生物体的‘真实’图像。”

    论文合作者之一、同样来自悉尼纳米物理学院的Boris Kuhlmey副教授说,“我们的方法可以用于测定树叶中水分的含量,因为这要求更高的分辨率,也可以用于先进的微制造技术,如微芯片完整性的无损评估。该方法甚至可以用于揭示艺术品中的隐藏层,也许对艺术品真伪鉴别或隐藏艺术品甄别有用武之地。”

    通常,各种超高分辨率的尝试研究都试图密切关注高分辨率的信息。这是因为这些有用的数据会随着距离呈指数级衰减,并且很快就会被低分辨率数据淹没,当然,低分辨率数据衰减得并不那么快。但是,将探头移动到离物体太近的位置会使图像失真。

研究人员Alessandro Tuniz博士(右)和Boris Kuhlmey副教授
在悉尼大学纳米研究所的悉尼纳米科学中心实验室。
资料来源:Stefanie Zingsheim/悉尼大学

    Kuhlmey副教授说:“通过将探测器移得更远,我们可以保持高分辨率信息的完整性,并使用观测后技术过滤掉低分辨率数据。”。

    这项研究是在可见光和微波之间的光谱区域内,使用太赫兹频率、毫米波长的光进行的。

    Kuhlmey副教授说:“这是一个非常困难的频率范围,但也是一个非常有趣的频率范围。因为在这个范围内,我们可以获得有关生物样本的重要信息,如蛋白质结构、水合动力学,或用于癌症成像。”

    Tuniz博士说:“这项技术是实现高分辨率图像的第一步,同时与物体保持安全距离,而不会扭曲你所看到的物体。我们的技术可以在其他频率范围内使用。我们希望任何进行高分辨率光学显微镜的人都会对这项技术感兴趣。”

 
 

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