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二氧化钛纳米阵列“超级镜头”或将颠覆传统镜头

2017-01-26 09:25
吃瓜天狼
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虽然现在透镜技术已经有了很大的进步,但是我们还很难制作出紧凑的轻薄型透镜。相机和望远镜都是使用曲面透镜,使得产品非常的厚重。哈佛大学 Federico Capasso 研究团队一项“超级镜头(meta-lenses 或 metalenses)”的研究成果被选为《科学》杂志封面文章(Metalenses at visible wavelengths: Diffraction-limited focusing and subwavelength resolution imaging. Science, 2016, 352, 1190-1194, DOI: 10.1126/science.aaf6644)。

Science Vol. 352, Issue 6290(03 June 2016)封面

Capasso团队使用高纵横比的二氧化钛(TiO2)纳米阵列构成“超表面(metasurfaces)”以控制其中光波相互作用的方式,制作出数值孔径(numerical aperture,NA)高达0.8的超薄平面透镜,能够在可见光谱范围内高效率工作,实现亚波长分辨率成像(subwavelength resolution imaging)。简单点说,就是一个比一张纸还要薄的透镜,可将图像放大170倍,而且图像质量可以媲美常规的玻璃透镜。

“我们设计的平面透镜具有高数值孔径(NA = 0.8),这意味着它可以将光线聚焦到一个直径小于光波长的点上,”Capasso实验室的博后、本文共同第一作者Mohammadreza Khorasaninejad 说,“透镜聚焦光线的能力越强,得到图像的分辨率就可能会越高。”

Capasso说,“这项技术的革命性在于它能在可见光谱范围内工作,或许可以取代传统透镜,应用到显微技术、相机、显示技术和智能手机上。在不久的将来,纳米级透镜将可以实现低成本大规模量产。”

为了更好地聚集可见光,要求原材料对可见光没有明显的吸收或散射;为了让这项技术具有可扩展性,他们最终选定了TiO2,它是一种广泛使用的工业材料,制备容易、价格低廉。而早期的超材料主要是硅基材料、表面等离子体材料等。

技术方面,Capasso实验室的博后、本文另一位共同第一作者Wei Ting Chen说,“普通镜片需要精密研磨,任何曲率偏差,甚至组装过程中任何失误都会降低镜头的性能。”而Capasso团队所用的技术是电子束光刻(electron beam lithography)

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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