科學(xué)家研制出600納米厚超材料鏡頭

二氧化鈦超材料鏡頭 圖片來(lái)源：哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院

它可能很小，但卻是一大壯舉。一項(xiàng)日前發(fā)表于《科學(xué)》雜志的研究顯示，科學(xué)家研制出一種比其聚焦的光波還薄的鏡頭。這類由扭曲光線的超材料制成的鏡頭，或許有一天能替代用于從顯微鏡到手機(jī)攝像頭的所有物件的較重玻璃鏡頭。

在普通鏡頭中，幾毫米甚至幾厘米厚的彎曲玻璃表面將光線重新定向至一個(gè)普通的焦點(diǎn)。為改善成像，比如說(shuō)去掉畸變或者確保不同光線波長(zhǎng)均被正確聚焦，人們不得不持續(xù)增加玻璃層。

于是，照相機(jī)、顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡部分受到其所需鏡頭的大小和重量的限制。

“虛擬現(xiàn)實(shí)擁有同樣的問(wèn)題。”和美國(guó)哈佛大學(xué)研究人員Federico Capasso領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)合作設(shè)計(jì)出新鏡頭的Reza Khorasaninejad介紹說(shuō)，“它們想擁有高分辨率的成像系統(tǒng)，但最終擁有的是沉重的頭盔。”

相反，超材料能利用和光波波長(zhǎng)本身同樣小或者比其更小的結(jié)構(gòu)，將光線朝著一個(gè)普通點(diǎn)彎曲。“我們的鏡頭是平的，但我稱其為虛擬彎曲。”Khorasaninejad表示。

該團(tuán)隊(duì)利用電子束，從一大塊二氧化鈦中“雕刻”出納米薄膜——整體看上去像全球最小巨石陣的600納米高方塊。他們將該鏡頭安裝到一片提供剛性背襯但無(wú)須自己聚焦任何光線的薄玻璃上。通過(guò)二氧化鈦鏡頭，納米薄膜被沿著不同的角度旋轉(zhuǎn)，以捕捉使其將光線聚焦在一起的偏振光。

他們測(cè)試了3種被調(diào)整到紅色、綠色和紫色光線的鏡頭。和擁有類似光學(xué)性質(zhì)的55毫米厚尼康顯微鏡相比，每種都能更加敏銳地聚焦光線，即便這種600納米厚的超材料鏡頭比尼康的薄10萬(wàn)倍。同時(shí)，有別于此前處理可見(jiàn)光波長(zhǎng)的超材料鏡頭，這種設(shè)計(jì)不會(huì)在處理過(guò)程中失去很多光線。（宗華）