完美成像新選擇——魚眼透鏡
英國(guó)科學(xué)家宣稱利用馬克斯威爾(Maxwell)於150多年前設(shè)計(jì)的魚眼透鏡(fisheye lens)模型,可以不靠負(fù)折射率材料,就能解決傳統(tǒng)透鏡因光學(xué)繞射極限(diffraction limit)而解析尺寸無(wú)法小於光波長(zhǎng)的困擾。
長(zhǎng)久以來(lái),科學(xué)家認(rèn)為完美透鏡只是夢(mèng)想,然而2000年倫敦帝國(guó)學(xué)院(Imperial College)的John Pendry證實(shí)具有負(fù)折射率的材料有機(jī)會(huì)克服繞射極限。不過這種材料的設(shè)計(jì)製造相當(dāng)困難,因此直到2005年才有兩個(gè)美國(guó)團(tuán)隊(duì)首度創(chuàng)造出解析度僅1/6波長(zhǎng)的超級(jí)透鏡(superlens)。 最近聖安德魯(St Andrews)大學(xué)的Ulf Leonhardt證實(shí)Maxwell所提出的概念,不需要負(fù)折射率也能得到完美的影像。Leonhardt表示,光的波動(dòng)性質(zhì)限制了透鏡的解析度,而他的計(jì)算結(jié)果險(xiǎn)示魚眼透鏡理論上沒有解析度的限制,又不需要負(fù)折射率,因此或許能實(shí)際運(yùn)作。 魚眼透鏡的折射率分佈符合球狀幾何,由球中任一點(diǎn)朝任意方向發(fā)射的光,會(huì)沿圓形軌跡前進(jìn),並在球的對(duì)邊相遇,形成完美的影像。如果彷照製圖師將地球投影在平面製作地圖的方式,將上述光線投影在赤道面,投影得到的影像理論上也有完美的解析度。然而為了不讓投影變形,赤道面某一側(cè)的光必須比另一側(cè)傳遞更快,而眾所周知光速是不可能超越的。 Leonhardt提議在赤道上放置反射鏡,就能解決此問題,他也指出利用含有細(xì)孔的二氧化矽板或矽柱陣列製造所需的折射率分布,並在上方安置一圓形反射鏡,就可以製作出2D的魚眼透鏡。這種魚眼透鏡不像負(fù)折射超級(jí)透鏡有吸收嚴(yán)重與操作波長(zhǎng)狹窄的問題,不僅光穿透性高,適用的範(fàn)圍甚至涵蓋相光廣的電磁波頻譜。 魚眼透鏡可望有許多應(yīng)用,例如將含特殊結(jié)構(gòu)材料薄片做為光罩置於透鏡一側(cè),然後以光照射,利用透鏡將此特殊結(jié)構(gòu)的影像聚焦在光阻劑(photoresist)上,便可製作出解析度為原子級(jí)的電子元件。目前康乃爾大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)正在設(shè)法實(shí)現(xiàn)Leonhardt的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞: 透鏡
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