用于亞波長分辨率的新型衍射成像儀

研究人員提出了一種對相位和振幅物體進(jìn)行亞波長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恢復(fù)與物體亞波長特征相對應(yīng)的高頻信息。

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。

光學(xué)成像分辨率的傳統(tǒng)極限被稱為衍射極限，它限制了觀察小于光波長一半的細(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，是通過基于深度學(xué)習(xí)的優(yōu)化設(shè)計而成的。由此產(chǎn)生的智能成像儀特別緊湊，設(shè)計厚度不到光波長的 100 倍。它還具有直接進(jìn)行定量相位檢索的優(yōu)勢，無需進(jìn)行冗長且耗電的計算機(jī)處理。

研究人員成功地在太赫茲頻率下測試了該成像儀，并證明它能夠分辨小至 λ/3.4 (其中 λ 是波長)的特征。他們還表明，該成像儀可以處理各種類型的物體，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。通過對衍射特征進(jìn)行物理縮放，該成像儀無需重新設(shè)計就能適用于不同的照明波長。

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特征，因此將極大地推動生物成像、傳感和材料檢測領(lǐng)域的發(fā)展。

審核編輯 黃宇