让每个镜头,都记录精彩光学显微镜面临的挑战之一是不断提高成像能力或分辨率，在过去的三百多年里，科学家们一直在建造越来越好的显微镜。在很长一段时间里，极限只由两个因素决定：被观察对象的对比度，以及显微镜中光学元件的分辨率。特别是在过去的50年里，改善物体对比度和光学质量的技术出现了爆炸性增长。其中一项技术被称为超级透镜，超透镜利用了波的一些特性，能够分辨出原本看不见的细节。
现在，来自中国南京大学科学家发表了关于波导阵列的结果，这种阵列提供了超级透镜的许多好处。除此之外，波导阵列没有通常与超级透镜制造相关的技术困难。要理解超透镜，它有助于理解图像是如何形成的，从一些像大头针的东西开始，在一个平淡无奇的背景下，当光线照射在针脚上时，它会向四面八方散射。图像细节保持在光线散射的强度和方向上。
然而，镜片的尺寸有限，限制了捕捉的光量，从镜头捕捉到的光，重建的图像将不会有从未到达镜头光所携带的细节。对于最好的特征来说，镜头捕捉光线的角度是没有的，因为光线不会传播。取而代之的是，波迅速(指数级)消失，在几个波长内，强度非常接近于零。具有显微镜典型工作距离的透镜，不会捕捉到这些所谓的消逝波。研究设计了一种超级透镜来捕捉这些细节保持的消逝波。
要实现这一点，镜头必须由具有负折射率(正常材料具有正折射率)的超材料构建。然而，超材料不容易制造，性能也不好。击中超级透镜的大部分光线都是从它反射出来，而在内部，用来产生超材料的物质吸收了大量光。因此，镜头捕捉到了很好的细节，但图像对比度很差。南大研究的透镜由彼此放置得非常近的波导阵列组成，每个波导正好从波导开口前面捕获光线，用于重建图像。
波导量的控制
间距很小的波导不能传输图像，当波导靠得很近时，光从一个波导流向另一个波导。如果图像在密集的波导阵列中传输，则图像将完全随机化。为了绕过这个问题，研究人员利用了波导之间的耦合是如何工作的。在直平行波导中，阵列之间的耦合可以用一个固定正数来表示。这个数字给出了交换波导光的分数作为距离函数，然而，如果波导是平行的，但以波浪状的方式弯曲，那么耦合可能是负的。
更具体地说：想象两根紧靠在一起的直波导。光进入一个波导，并以耦合常数给定的速率传播到第二个波导。然后光线进入曲折，曲折的耦合系数大小相等，但为负值。这一部分精确地取消了扩散，因此所有的光，都从它进入的同一波导中出来。研究人员用13根波导阵列演示了这一效应。研究表明，尽管光在直段发生了严重的混合，但光始终会从它耦合到的波导中流出。
这只是故事的开始，通过扫描波导阵列可以建立图像，通过减小波导的孔径可以进一步提高分辨率。研究展示的结构还有其他用途，与电子系统相比，用于计算和通信的集成光学电路很大。间隔由控制相邻波导之间耦合的需要决定。这项研究展示了如何在没有无用耦合的情况下获得高密度波导，最终，这可能会发现比高分辨率成像更广泛的应用。
博科园｜研究/来自：中国南京大学/SPIE
研究发表期刊《Advanced Photonics》
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