各向异性有耗媒质的超宽带超分辨率成像机理和实验研究

Imaging resolution in classical optics is limited at the level of half wavelength. In recent decades, metamaterials have been proposed for subwavelength imaging. However most of state-of-the-art metamaterials are dispersive and lossy, restricting the super resolution application. To solve this problem, a new method is proposed to realize ultra-wideband super resolution imaging which does not need low loss materials. In this proposal natural material loss is considered and utilized to construct new ultra-wideband artificial anisotropic lossy metamaterials for ultra-wideband super lensing. We will study how to implement the innovative anisotropic lossy metamaterials and reveal the underlying physics. The metamaterial sample will be further fabricated in an experimental demonstration of ultra-wideband super resolution imaging in microwave regime. The proposal provides a new idea for optical super resolution imaging in prospective applications as the sub-wavelength microscopy and nanoscale lithography in integrated circuit technology.

经典光学中的成像分辨率一般受限于半波长量级。最近十多年来，新型人工电磁媒质的提出为实现超分辨成像提供了新的思路，但是，这些人工媒质多数都是色散的并且往往有一定的损耗，客观上限制了超分辨成像应用。为解决这一问题，本项目提出一种新型超分辨成像机制，该机制不要求材料具有较小的损耗，而是利用损耗，通过设计一种超宽频带的各向异性有耗媒质，以实现超宽带的超分辨率成像。项目将研究如何构建这种各向异性人工有耗媒质，并揭示其超宽带成像的物理机理。根据这一原理，项目还将在微波频段加工样品，通过实验验证其超宽频带超分辨率成像的特性。相关研究结果将为光学频段的超分辨成像提供新的思路和参考，并有望在亚波长光学显微及纳米级集成电路光刻等方面获得应用。

本项目围绕超分辨成像应用，提出并研究了多种新型复杂的超构材料及超构表面结构，以此实现具有亚波长尺寸的新型超构器件。项目涉及到的超构材料或超构表面的结构形式包括圆形蘑菇型超构材料，三角形蘑菇型超构材料，条状超构材料，渔网形超构表面，四角星形槽状超构表面，N形超构表面，以及蝶形超构表面等。根据这些超构材料和超构表面各自不同的结构特点，项目对其工作原理、设计方法以及实现手段进行了详细研究。在具体研究过程中，项目主要基于等效介质理论，数值仿真以及实验三种方法，对超构材料/超构表面/超构器件的新奇电磁特性进行研究。依托本项目，本项目负责人以通讯作者发表了SCI论文6篇，EI论文21篇（均以本项目为第一标注）。此外，项目负责人还以第一发明人申请国家发明专利7项（含授权1项），培养硕士研究生11名，本科生11名。