SPIE李宇春 级联波导阵列中的亚波长自成像
超透镜波导阵列中的补偿正负耦合
级联波导，以及(c)中模拟场演化的相应结果
通过级联波导阵列传输“0”/“1”编码信号的模拟信号结果
级联波导中的输出完美地再现了输入信号
制作的级联样品的扫描电镜图
电荷耦合器件记录了从输入到输出通过(f)直波导阵列和(g)级联波导阵列的光传播
信用:SPIE 光学显微镜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，科学家们一直在制造越来越好的显微镜
在很长一段时间里，这个极限仅由两个因素决定:被观察物体的对比度和显微镜中光学系统的分辨能力
特别是在过去的50年里，提高物体对比度和光学质量的技术突飞猛进
其中一项技术叫做超级透镜
超级透镜利用波的某些特性，能够分辨原本看不见的细节
现在，中国南京大学的研究人员公布了波导阵列的研究结果，该阵列具有超级透镜的许多优点
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
那个镜头太棒了 为了理解超级透镜，它有助于理解图像是如何形成的
让我们从无特征背景下的大头针头开始
当光照射在针上时，它向四面八方散射
图像的细节保存在光散射的强度和方向上
然而，透镜的尺寸有限，限制了捕获的光量
从镜头捕获的光重建的图像将不会有从未到达镜头的光所携带的细节
我们的形象不完美
对于最好的特征来说，镜头没有捕捉光线的角度，因为光线不会传播
取而代之的是，波迅速(指数)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无法捕捉这些所谓的倏逝波
超级透镜被设计来捕捉这些细节保持倏逝波
为了实现这一点，透镜必须由具有负折射率的超材料构成(普通材料具有正折射率)
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被反射回来，而在内部，用于制造超材料的物质吸收了大量光线
因此，镜头捕捉到了细微的细节，但图像对比度很差
这就是宋和同事们的工作发挥作用的地方
他们的透镜是由一排互相靠得很近的波导管组成的
每个波导管从波导管开口的正前方捕获光
光被传输到波导阵列的另一端，在那里它被用来(原则上)重建图像
波导管流量控制 密集的波导管不传输图像
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，它将被完全随机化
为了解决这个问题，研究人员研究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的正数来表示
这个数字给出了交换波导的光的分数作为距离的函数
然而，如果波导是平行的，但是以类似波的方式弯曲，那么耦合可以是负的
更具体地说:想象两个波导紧靠在一起并且是直的
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，光进入曲流，曲流的耦合系数大小相等，但为负
这部分完全消除了扩散，因此所有的光都从其进入的同一波导射出
研究人员用13个波导管的阵列证明了这一效果
他们表明，尽管在直线部分会有严重的混合，但光会始终如一地从它所耦合到的波导中射出
这只是故事的开始
通过扫描波导阵列可以建立图像
通过使波导的孔径更小，可以进一步提高分辨率
演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
间距由控制相邻波导之间耦合的需要决定
这项研究表明如何在没有不必要耦合的情况下获得高密度波导
最终，这可能会找到比高分辨率成像更广泛的应用
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