科學家開發出動態超表面透鏡技術—新聞—科學網

2020-11-25 科學網

 

從數位相機、纖維光學中的高帶寬到雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）的實驗室設備，透鏡技術在各個尺度均取得進展。如今，一種利用標準計算機晶片技術產生的新的透鏡技術正在興起，並且能替代傳統曲面透鏡笨重的材料層和複雜的幾何形狀。

和傳統透鏡不同，平面透鏡基於被稱為超表面的光學納米材料，因此相對較輕。當超表面的亞波長納米結構形成特定的重複模式時，它們能模擬折射光線的複雜曲率，但沒有那麼笨重，並且在減少畸變的情況下聚焦光線的能力得以改善。不過，大多數這樣的納米結構設備是靜態的，因此限制了它們的功能性。

開創了超透鏡技術的美國哈佛大學應用物理學家Federico Capasso以及微機電系統（MEMS）早期開發者、阿貢國家實驗室納米製造和設備組負責人Daniel Lopez靈機一動，提出將諸如快速掃描、束流控制等動態性能加到超透鏡中以開展新應用的想法。Capasso和Lopez開發了一種將中紅外光譜超透鏡和MEMS融合起來的設備，並於近日在美國物理聯合會（AIP）出版集團所屬《應用物理快報—光子學》雜誌上報告了這一成果。

MEMS是一種基於電路的技術，整合了微電子學器件並且將制動器、傳動裝置等機械納米結構包括進來。從手機到安全氣囊、生物傳感設備、電器和光學器件，MEMS無處不在。它是利用和生產標準計算機晶片上的集成電路相同的技術製造出來的。

「上千個單獨控制的MEMS上的透鏡設備被高密度集成到一個矽片上，將使得對光場的控制和操控達到史無前例的程度。」Lopez表示。而他們的將MEMS整合在一起的超表面透鏡原型能進行電控，從而使平面透鏡的角轉動各不相同，並且能掃描不同大小的焦點。

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