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光学物理学

光学物理学

鱼眼为完美图像提供了新途径

30 Sep 2009
鱼眼成像

一个世纪前提出的鱼眼镜头可以产生完美聚焦的图像,而无需使用任何异国情调“负折射率”英国物理学家计算出的材料。

乌尔夫·莱昂哈特 of St Andrews University claims that a fisheye lens – of the type invented by the great 19th century physicist and mathematician James Clerk 麦克斯韦 – can focus beyond the troublesome diffraction limit, which precludes standard lenses from achieving a resolution finer than the wavelength of light.

科学家认为,直到2000年物理学家才能获得完美的镜片 约翰·彭德里 伦敦帝国理工学院(Imperial College London)的研究表明,折射率为负的材料-即那些弯曲的材料会“wrong”方式–应该超过衍射极限。但是事实证明,对此类材料进行工程设计很困难,直到2005年,美国的两个小组才创建了第一个“superlens”可以成像尺寸仅为光波长六分之一的特征。

‘Unlimited resolution’

Now Leonhardt has shown that 麦克斯韦’这个想法最初发表于150年前,可以产生完美的图像而不会产生负折射。“光的波动限制了镜头的分辨率,”莱昂哈特在新闻发布会上说。“Apparently, nobody had tried to calculate the imaging of light waves in 麦克斯韦’鱼眼。新的研究证明,鱼眼在原理上具有无限的分辨率,并且由于不需要负折射,因此在实践中也可以使用。”

麦克斯韦’鱼眼镜头的折射率分布与球的几何形状匹配。有了这种轮廓,从球体某个点的任何方向发出的光线将一直沿圆周运动,直到它们完美地在另一侧相遇。在赤道上放置一个平面,但是这些射线将被映射到该平面上’的两个维度–就像制图师将地球仪映射到一张平坦的纸上一样。同样,该映射图像原则上将具有完美的分辨率。

可以在实践中完成吗?正如Leonhardt所指出的那样,问题在于,映射固有的失真将要求球体一侧的光的传播速度快于真空中的光速-这是不可能的。他说,解决此问题的方法是在球体周围放置一面镜子’赤道,使光线产生绕行的幻觉,实际上它们被反射并因此以亚光速传播。

二氧化硅板

伦纳德(Leonhardt)介绍了研究人员如何制作镜片的平面二维版本。其中将包括一块带有微小气孔的二氧化硅平板或硅柱,以产生折射率分布,并在其顶部放置一个圆形镜。鱼眼镜头与超透镜不同,在负透镜中,负折射往往会产生不必要的副作用,即高吸收和狭窄的工作波长范围,而鱼眼镜头将具有较高的透光率,并且会在电磁光谱的很大一部分上起作用。

鱼眼镜头可能有许多应用。例如,如果研究人员将一块具有异常结构的材料条放在透镜上并通过它照射光,则条条将充当掩模,并且透镜会将结构的图像聚焦到光敏元件上。表面,例如光致抗蚀剂。这将使具有原子分辨率特征的新型电子产品成为可能。

‘Work in progress’

莱昂哈特告诉 physicsworld.com 美国康奈尔大学的一个小组正在尝试实现他的设计,尽管“暂时正在进行中。”

该研究发表在 新物理学杂志.

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者