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

加州大學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)光學系統(tǒng)的局限性小得多的特征。這項創(chuàng)新有望給生物成像、光刻和材料科學等領(lǐng)域帶來革命性的變化。這項研究成果以《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，是通過基于深度學習的優(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。它還具有直接進行定量相位檢索的優(yōu)勢，無需進行冗長且耗電的計算機處理。

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