亚波长空穴共振实现超分辨率成像

由于可见光的波动特性，传统显微镜的分辨率通常受到瑞利判据的限制。在过去的几十年里，人们付出了巨大的努力来获得超过衍射极限的图像。在不依赖近场照度和测量的情况下，超分辨率技术的探索已经成为研究的热点。然而仍然存在许多问题，例如，探头和样品的间距需精确控制，所突破的衍射极限倍数不高。

       近日，美国奥本大学数学与统计学系的Junshan Lin和香港科技大学数学系的Hai Zhang两人提出了一种利用亚波长空穴共振的超分辨率成像方法。采用一种亚波长结构，具体为在金属板上蚀刻一组小孔，其邻近的距离L小于波长的一半。通过将入射波的频率调整到共振频率，亚波长结构产生强烈的照明模式，能同时探测成像样品的低空间频率和高空间频率成分的照明图案，从而突破衍射极限。通过对衍射波的远场测量进行稳定的数值重建，得到了样品的图像。结果表明，重构图像的分辨率可以达到L/2，因此在一个波长内设置多个孔洞可以达到超分辨率。文章提出的方法可以在显微镜和基于波的成像如电磁和超声成像中找到应用。对实际实现具有重要意义，它避免了探头与样品表面距离高精度的困难。此外，在数值重建中，仅利用远场数据的低频波段，就可以得到信噪比很高的数值重建图像。

       但该成像方法有一个很大的缺点：在样本平面上凸显出非常高的横向分辨率，但不能提高轴向分辨率。这是因为通过亚波长结构的高振荡透射场由于其倏逝的特性，局限在狭缝孔附近，并且它们在样品里的传播深度也是一个问题。因此，作者表示，轴向分辨率的提高是一个极具挑战性的问题，值得进一步研究。相关研究工作发表在《Optica》上。（丁雷）

文章链接：Junshan Lin and Hai Zhang,Superresolution Imaging via Subwavelength Hole Resonances. DOI:10.1103 /PhysRevApplied.14.034066.04