完美成像新選擇——魚眼透鏡

英國科學家宣稱利用馬克斯威爾(Maxwell)於150多年前設計的魚眼透鏡(fisheye lens)模型，可以不靠負折射率材料，就能解決傳統透鏡因光學繞射極限(diffraction limit)而解析尺寸無法小於光波長的困擾。

長久以來，科學家認為完美透鏡只是夢想，然而2000年倫敦帝國學院(Imperial College)的John Pendry證實具有負折射率的材料有機會克服繞射極限。不過這種材料的設計製造相當困難，因此直到2005年才有兩個美國團隊首度創造出解析度僅1/6波長的超級透鏡(superlens)。

最近聖安德魯(St Andrews)大學的Ulf Leonhardt證實Maxwell所提出的概念，不需要負折射率也能得到完美的影像。Leonhardt表示，光的波動性質限制了透鏡的解析度，而他的計算結果險示魚眼透鏡理論上沒有解析度的限制，又不需要負折射率，因此或許能實際運作。

魚眼透鏡的折射率分佈符合球狀幾何，由球中任一點朝任意方向發射的光，會沿圓形軌跡前進，並在球的對邊相遇，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，赤道面某一側的光必須比另一側傳遞更快，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折射超級透鏡有吸收嚴重與操作波長狹窄的問題，不僅光穿透性高，適用的範圍甚至涵蓋相光廣的電磁波頻譜。

魚眼透鏡可望有許多應用，例如將含特殊結構材料薄片做為光罩置於透鏡一側，然後以光照射，利用透鏡將此特殊結構的影像聚焦在光阻劑(photoresist)上，便可製作出解析度為原子級的電子元件。目前康乃爾大學的研究團隊正在設法實現Leonhardt的設計。

查看本帖完整版本: [-- 完美成像新選擇——魚眼透鏡 --] [-- top --]