突破衍射极限的超透钙

分将永远得不到 ． 这一现象 的原 理是 ， 这些消失 的细节信 息 是 由物体发射 出来的高频 波所 携带 ， 而这些 亚 波长 的高 频
波都是呈指数衰 减的倏 逝波 ， 它们 在极小 的距 离 内就完 全
衰减完 ， 因而无法在远处得 到这 些细节信息 ， 无法 得到完 美 成像 ， 就决 定了传统光学成像 系统的分辨率极 限． 这 数百 年 来人们都在努力 尝试突破这个极 限， 直至 ２ ０ ００年 Ｐｎ ￣ 提 ｅｄ
出一块负折射率 材料平板可 以被视 为“ 美透镜 ” 在这 块 完 ， 平板里面倏逝 波不再是呈指数衰减 ， 而是被增强 ， 这使得 获
得亚波长 的细节 信息成为可 能 ．
１ 超 透 镜 物 理 原 理
自蝴 瞄隘 辫ｉ掰 镗 。 ｌ 鞠 Ｉ 鳆 醢
Ｉ
当一束 光照射到一个 物体 时 ， 物 体散射 出来 的 的各 该 种具有 不同波矢 的波便 记录 了该物 体的信 息 ， 这些 散射 出
然而以上进行 的超 透镜 实验成像也只是局域在像平 面
的近场范 围内 ， 了超透镜倏逝波将会继续衰 减下去 ， 出 因而 基于此原理设计 的平 板超透 镜也 只能是 近场 的． 们要 将 人
光波照射两宽为 ３ｎ 相距 ｌ５ ｍ的线 对． （ ） ５ｍ， ｌｎ 图 ９ 是其 扫 描电子显微镜 （ Ｅ 图像 ， 中则是 有和没有 “ ｙｅｌ ｓ Ｓ Ｍ） 图 Ｈ ｐｒ ｎ ” ｅ 所 得到的 比较结果 ， １） 图（０ 是对应于图（ ） ９ 中的场强分布．
中的共振 ， 避免不 了其 固有 的损失 ， 因而并不能实现真 正意
义上的完美成像． 由于超分辨成像十分精细敏感 ， 并不十分 成熟的纳米制技术也势必限制了成像的分辨率．
（ 下转第 ２ ９页）
远离 圆柱 中心时 ｙ减小 ，。 要相应 减 小 ， ｋ亦 色散关 系 一
占ｐ
１２ ．
第３ １卷 第 ６期
２０ ｌ１年 ６ 月
咸
宁
学
院
学 报
Ｖｏ ． １ ３ｌ， ． Ｎｏ ６
一
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ａ ｎ ｎ ｉｅ ｓ ｙ ｏ ｒ ａ ｆＸｉ ｎ ｉｇ Ｕｎｖ ｒｉ ｔ
望：
一．
文章 编 号 ：０ ６— ３ ２ ２ １ ）６— ０ ４— ２ １ ０ ５ ４ （０ １ ０ ０ ０ ０
立体化 教学资源和多 功能 的实 践平 台 ， 优 秀教学 团 队 进行 建设仍将是今后计算机公共基础课程群建设和改革中亟待 解决 的问题．
参 考文献 ：
［ ］张阊． ３ 我国应用型本科教育实践教学研究［ ］ Ｄ ．南昌：
南昌大学 。０ ８ ２０ ．
【 ］中国高等院校 计 算机基础 教育 改革课题研 究组． ４ 中国 高等 院校 计算机 基础 教 育课 程体 系 Ｃ Ｃ Ｏ ６ Ｍ］ １ Ｆ ２０ ［ ． 匕 ｜ 京： 清华 出版社 ，０ ６ ２０． ［ ］尚蕾． 学计算机 基础课 程教 学改革与课 群建设 研 究 ５ 大 ［］ 电脑知识与技术， １ ，（ ） ６５ ６６ Ｊ． ２ ０３６ ： ４ — ４ ． ０ ［ ］张小巧， ６ 郭根生． 浅析 网络教学与传统教学的优势互补 关 系［］ Ｊ ．电化教 育研 究 ， ０８ １２ ： ０— ０ ． ２０ ， （ ）１ １３ ０
其 中仍 然是通过 银板来增 大 倏逝 波 ， 进一 步利 用光 并 栅衍射 原理 将倏 逝波转变 为传播波． 光栅衍 射时满 足
ｌ ＝ ‘ Ｉ ±， ，
其 中 ｋ ＝ ￣ ｄ ｋ 分别 表示 出射 和入射波矢 ， 是 光栅 ２ｒ ， ／ ｄ 周期 ，， 衍射极次 ． １是 ７ １ 通过 选择 适 当的参 数 ， 就能 将高频 的 倏逝波衍射成波矢相对较小可以传播到远场的传播波， 这 样在远场再通过适 当的装置将 转化后的传播波还原成原 来 的倏逝波 ， 而在 远场 得到 了完整 的信息 ， 从 实现 了远 场成 像． 图（ ） ４ 所示实验是通过用 ３７ｍ 波长的光 波来照射刻 ７ｎ
倏逝波传播得更远 ， 就要寻求新的途径来解决这一 问题 ， 如 将其转换为传播波进行传播 如图（ ）２０ ， 型远场超 ３ ．０７年 新 透镜诞生 ， 过在银板 超透 镜的表面附加上亚波长光栅 ， 通 就 能达到将倏逝波 增 强 ， 转换 为 转播 波 的 目的 （ （ ） ． 并 图 ４）
＝
２
总是成立 ， 因而倏逝 波 的波 矢会 随着远离 圆柱 中
第 ６期
王传安， 吴长勤， 王亚军 应用型本科 以能力为本位构建计算机公共基础课程群
２ ９
为创 造应用型人才提供 一个 良好的环 境． 设具 有特 色 的 建
究与实践［ ］ 计 算机 教育 ， ０ ８ １ （ ）７ ８ ． Ｊ． ２０ ， ５ ５ ：８— ３
Ｏ ｔｅｐｅｓ５ １８ ６—１８ １ ２ ｏ ） ｐ．ｘｒｓｌ ，５ ８ ５ ９ （０ ６
［ ］ 育部 高等 学校 计算机科 学与技 术教 学指 导委 员会． １教 关 于进一步加强 高等 学校计算机基础教 学的意见 暨计
算机基础课程教学基本要 求（ 试行） Ｍ］ ［ ．北京： 高等
教 育 出版社 ，０ ６ ２０ ．
［ ］王志强 ， 向华． ２ 傅 计算机基础课 程群及其教 学 内容的研
［ ］． ．￣ｄｙＰ ｙ ＲｖＬｔ ８ ， ６ —３６ （００ ２ ＪＢ Ｐｎｒ，ｈｓ ｅ． ｅ．５３ ６ ． ｔ ９ ９９ ２０ ） ［ ］ｈｏ ｅ ｉ， ｉ ｏ ｓａｇＴ — ｅＹ ｎ ￣ ３ Ｚａｗｉ ｕ Ｎｃ ｌ Ｆｎ ，ａ Ｊｎ ｅ ， Ｌ ｈａ ｐ． ｈｓ１ ｔ８ ，１４— １６ ２０ ） １Ｐ ｙ． ｔ ３ ５ ８ ５ ８ （０ ３ ｅ． ｈｎ． ｐ ａｇＡ —
（ 上接第 ５页 ）
参考文 献 ： ［ ］ ｉｎＺ ｓｇ Ｚ ａｗ ｉｉ． ａ ｒｍ ｔｆ ｈ［ ］ ７ ４ ５— ４ １ Ｘ ｓｇ ｈｎ ，ｈｏ ｅＬｕ Ｎ ｔ ｅ ａｅ ａ Ｊ ． ，３ ４ １ ｕ ｉ
（ｏ ８ ２ｏ ）
［ ］ ｈｏ ｅＬｕ Ｈ ｅｏＬ ｅ ＹＸ／ ｇ Ｃ ｅｇｕ ， ６ Ｚ ａｗ ｉｉ ， ｙｓｇ ｅ ， ｉ ｏ ， ｈｎＳ ｎ Ⅺ锄ｇ ｈＩ ， ｎ ｚ ａＩ ｇ
全得 到倏逝波和传播 波信息 实现 完美成 像． 中倏 逝 波能 其 在 负折 射材料 中能够得 到增 强的原因是倏逝波能耦合 到表 面模式 中 ， 并通过 共振得到增强 ．
２ 超透镜的研 究进展
图 （ ２）
图（ ） ２ 中左部分为实验结构 ， 中银层则 为“ 透镜 ” 其 超 ， 右部分从上到下则分别 对应 的是 共聚焦 离子 束显 微镜 、 原 子力显微 镜 、 子力 显 微 镜 （ 构 用 Ｐ ＭＡ 替 换 ） 片 ， 原 结 Ｍ 照
［ ］ ｕｉ ａ ｂ Ｌｏｉ ． ｌ ｓ ｅ， ｖｅｉ ａｍ ｎｖ Ｏ ｔ ８ Ｚｂ Ｊ ｏ ，ｅｎ Ｖ Ａｋ ｅ ｖ Ｅｇ ｉ ｒ ａｏ， ｐ． ｎｅ ｄ ｅｙ ｎＮ ｉ
Ｅ ｐｅｓ４ ８ ４ ｘ ｒ ｌ ，２７—８５ （０ ６ ｓ ２ ６ ２０ ） ［ ］ ｈｍ ＴｕｎｒＤ ｌｉ ｏ ｂｉ， ａ ｓｖ ｒ ｕ ｏ， ｅ－ ９ Ｔｏ ａａｂｅ， ｍｔｙ ｒ ｋ Ｙ ｒ ｌ Ｕｚ ｍ ｖＧ ｎ ｒＫ ｏ ｎ ｏａ ｈ ｎｄＳ ｖｔ， ａｎｒ ｉｅ ｂａｄ ｓｉｎｅ １ ，５ ５ ２ ｏ ） ａｙ ｈｅ Ｒ ｉｅＨ ｎｎ ｒｎ ，ｃ ｃ３ ３ １９ （ｏ６ ｓ ｅ ［０ Ｈ ｅｏＬ ｅ Ｚ ａｗ ｉｉ， ｉｉ ｇ Ｃ ｅｇｕ ， ｉ ｇ ｈｎ ， １ 】 ｙｓｇ ｅ ，ｈ ｏ ｅＬｕ Ｙｘｏ ， ｈｎ Ｓｎ Ｘａ Ｚ ａｇ ｎ ｎ
在 ｃ 上的两条 宽为 ５ ｎ ｒ ０ ｍ相 隔 ７ ｎ 的纳米 线 ， ０ｍ 并用 扫描
３ 总 结
电子显微镜 、 普通显微镜 和远场超透镜得到的实验结果 （ 从 上到下 ） ． ２０ ０７年 ３月 ， Ｓｉ ｃ｝ （ ｃ ｎｅ 上报 道 了另 一种 名为 “ ｙｅ ｅ Ｈｐｒ － ｌ ｓ 的超透镜采用 的新方 法实现 远场成 像 （ （ ） ． ｅ” ｎ 图 ５ ） 这种 圆柱形 具有双曲色散关 系 （ ６ ） 各 向导性材 料 中 ， 图（ ） 的 当 倏逝 波进入向外 传播时 ， 其较 大 的横 向波矢 便会 逐渐 被压 缩， 直至小到能在真空及周 围介质 中正常传播 ， 即变传 播波 （ ７ ） 图（ ） ． 图（ ） ５ 中的异质结构 中角动量 ｍ＝ ｅ ｋｙ要守 恒 ， 因此在
２ ．
另一实验组则充分利用 ＳＣ材 料较低 的损 耗将分 辨率提升 ｉ
到
・
收稿 日期 ：０ １－ ３－ １ ２１ ０ ２
第 ６期
了二 十 分 之 一 个 波 长 ．
张 能平 ， 伍
然 突破 衍射 极 限 的超 透镜
５
心而减小 ， 最终变 为传播 波． 的实验 中用 ３５ ｍ 波长 图（ ） ６ｎ
突 破 衍 射 极 限 的 超 透 镜
张 能平 ， 伍 然
（ 汉大 学 武
摘
物理 科 学与技 术 学院 ， 湖北
武 汉 ４０ ７ ） ３０ ２
要： 由于衍射 的存在 ， 传统光学成像 系统的分辨 率受到极大的 限制 ， 突破不 了阿贝极限． 型异 质材料所 形成 新
的“ 超透镜 ” 突破 了这种极 限限制 ， 而使得 完 美成像不再 只是一 个梦想． 却 从 本文主要介 绍这种超 透现 象的物理原
“ Ａ Ｏ 字样 的宽度为 ４ ｎ 白色标 度为 ２微 米．０ ６年 Ｎ Ｎ ” ０ ｍ， ２０
基 于 Ｐ ｎｒ 出的理论 ，０ ５年这种超 透效率 在一块 ｅｄｙ提 ２０ 银平 板上被观 察到 ， 通过 用 ３ ５ ｍ 的光 波来 照 射 ， 功 得 ６ｎ 成
到６ｎ （ ０ ｍ 六分之一 个波长 ） 的分辨率 ， 于衍 射极 限 （ 远低 图
厶 ２
超透镜 由于能突破衍射极 限， 具有广泛 的应 用前景 ， 且
近年来 也取得了重大 的突破 和进展 ， 目前 仍面 临着许 多 但
困难 和挑 战． 迄今为 止 ， 有的 超透镜成 像 中， 标 物 体仍 所 目
必有在透镜 的近场 ， 能保证 透镜在 接收到倏 逝 波时 没有 才 衰减完 ． 另一方面所有 具有超 分辨成 像系统 涉及 到了金 属
理 及 研 究进 展 ． 关 键 词 ： 透 镜 射 极 限 ； 美 成像 超 衍 完
中图分类号 ： ４ ０３
引 言
文献标 识码 ： Ａ
１７ ８ ３年 Ｅ ｔ ｂｅ发现 在光 学 中基 本 的衍 射极 限 ： ｍｓ ｂ Ａ 当
一
个物体通过光 学系统来 成像 时 ， 小于半个 波长 的 细节 部
来 的波则 可分为传播波 和倏 逝波 ， 中传 播 波承载 的则 是 其 该物体大体 的特征信息 ， 且可 以传播到远场 ， 并 而记 录该 物 体亚波长信 息的则是呈指数衰减 、 局域在近场 的倏 逝波 ， 因
翳
此无法在透镜的像平面上捕获到这些信息． 但是当透镜是
由负折 射材 料所 构成 的话 ， 这些 近场 的倏 逝 波就在 通过 透 镜 时得 到增强 ， 出了透镜 衰减到像平面时 ， 其振 幅则 刚好 和 原来 相 同（ 图 １ 其 中波浪线 表示传播 波 ， 如 ， 曲线表 示倏 逝 波 ） 同时传播 波通过负折射材料 时发 生的负折射和相位反 ． 转保证 了传 播波在像平 面上 的零 相位改 变． 这样就 可 以完
ｓｉｎｅ １ ，６６ ２ ０ ） ｃｅｃ３ ５ １８ （０ ７
［ ］Ｓ ｐａｅ ｕ ｎ， ｈｏｅ ｉ，ｅｎｅ Ｓ ｅ ， ｉ ｇ ７ ｔ ｈｎＤ ｒ ｔ Ｚａｗｉ ｕ Ｊ ｉｒ ｔ ｌ Ｘａ － ｅ ａ Ｌ ｎ ｆＭ． ｅｅ ｎ
Ｚ ａ ｇ，． ｐ． ｏ ． ｈ ｎ Ｊ ｏ ｔＳ ｅ Ａｍ． ２ ２ ８ Ｂ ３，３ ３—２ ９ ３２