用于亚波长分辨率的新型衍射成像仪

加州大学洛杉矶分校的研究人员发明了一种新型成像仪，它能捕捉到比传统光学系统的局限性小得多的特征。这项创新有望给生物成像、光刻和材料科学等领域带来革命性的变化。这项研究成果以《Subwavelength imaging using a solid-immersion diffractive optical processor》为题，发表在《eLight》杂志上。

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研究人员提出了一种对相位和振幅物体进行亚波长分辨率成像的新方法。他们的技术依靠带有固体浸透层的衍射编码和解码来恢复与物体亚波长特征相对应的高频信息。

光学成像分辨率的传统极限被称为衍射极限，它限制了观察小于光波长一半的细节的能力。这种新型成像仪采用固体浸入式衍射空间信息编码，克服了这一障碍。

来自物体的光首先与高指数材料相互作用，这种材料使用优化的物理编码进行空间结构，编码的高频信息超出了传统的衍射极限。然后，与编码器材料共同优化的衍射解码器处理这些编码信息，并生成物体的放大图像，显示亚波长特征。

这种成像系统及其空间结构，作为编码器和解码器材料的一部分，是通过基于深度学习的优化设计而成的。由此产生的智能成像仪特别紧凑，设计厚度不到光波长的 100 倍。它还具有直接进行定量相位检索的优势，无需进行冗长且耗电的计算机处理。

研究人员成功地在太赫兹频率下测试了该成像仪，并证明它能够分辨小至 λ/3.4 （其中 λ 是波长）的特征。他们还表明，该成像仪可以处理各种类型的物体，包括相位和振幅结构。

这种新方法具有高度适应电磁波谱不同部分的潜力。通过对衍射特征进行物理缩放，该成像仪无需重新设计就能适用于不同的照明波长。

研究人员认为，这种固体浸入式衍射成像仪体积小巧、成本效益高，而且能够捕捉亚波长特征，因此将极大地推动生物成像、传感和材料检测领域的发展。

相关链接：https://phys.org/news/2024-06-compact-diffractive-imager-subwavelength-resolution.html

论文链接：https://dx.doi.org/10.1186/s43593-024-00067-5