科学家开发出比人的头发还要细一千倍的平面透镜

量子认知

发布时间: 20-08-2507:32学者,科学领域创作者

科学家开发出了比人的头发细一千倍的透镜。它可以用作智能手机中的相机镜头,也可以在需要传感的许多其它设备中使用。

该研究主导、圣保罗大学圣卡洛斯工程学院(EESC-USP)电气工程与计算系教授、埃米利亚诺·雷岑德·马丁斯(Emiliano Rezende Martins)说:“在目前的技术背景下,这样的微型镜头的应用几乎是无限的。”

该透镜由与光相互作用的纳米柱阵列上的单个纳米硅层组成。通过光刻法印刷结构,光刻法是用于制造晶体管的公知技术。

这种镜片被称为超透镜或超级透镜,英语:metalens 或 superlens,指通过使用超材料超出衍射极限的透镜。衍射极限是常规透镜和显微镜的一个特征,该特征限制了其分辨率的精细度。已经提出了许多透镜设计,它们在某种程度上超出了衍射极限,但是透镜面临尺寸的限制和其它障碍。

超透镜于十年前首次开发,并使用称为超表面(metasurface)的超薄的微型波导阵列实现了物理上可行的最高分辨率,当光通过这种超表面的超薄的微型波导阵列透镜时会弯曲。

超透镜长期以来一直面临着视角极小(小于1°)的问题。研究人员指出:“解决问题的一种方法是将超透镜结合起来,形成复杂的结构。”

研究人员认知到,在传统的透镜中,折射率的增加与透镜的平坦度成比例地增加了视场,因此研究人员设计了一种超透镜来模仿具有无限折射率的完全平坦的透镜,这是传统的镜头无法获得的。

研究人员说:“我们的镜头具有任意视野,理想情况下可以达到180°而不会产生图像失真。” “我们已经在110°的角度测试了它的有效性。在较宽的视角下,由于阴影效应,光能会减少,但是可以通过后期处理进行校正。”

超透镜的结合有碍超分辨率,但是获得的分辨率足以满足所有常规应用。研究团队用3D打印的相机测试了这种超透镜,获得了具有宽视场的高分辨率图像。如图所示使用超透镜获得的高分辨率广角自拍照。

该最新研究成果论文,题为:“具有随意广泛视野的超透镜”,发表在最近的《ACS Photonics上》上。

参考:On Metalenses with Arbitrarily Wide Field of View, ACS Photonics (2020). DOI: 10.1021/acsphotonics.0c00479

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