科學家研制出600納米厚超材料鏡頭

二氧化鈦超材料鏡頭 圖片來源：哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院

它可能很小，但卻是一大壯舉。一項日前發表于《科學》雜志的研究顯示，科學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普通的焦點。為改善成像，比如說去掉畸變或者確保不同光線波長均被正確聚焦，人們不得不持續增加玻璃層。

于是，照相機、顯微鏡和望遠鏡部分受到其所需鏡頭的大小和重量的限制。

“虛擬現實擁有同樣的問題。”和美國哈佛大學研究人員Federico Capasso領導的團隊合作設計出新鏡頭的Reza Khorasaninejad介紹說，“它們想擁有高分辨率的成像系統，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本身同樣小或者比其更小的結構，將光線朝著一個普通點彎曲。“我們的鏡頭是平的，但我稱其為虛擬彎曲。”Khorasaninejad表示。

該團隊利用電子束，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須自己聚焦任何光線的薄玻璃上。通過二氧化鈦鏡頭，納米薄膜被沿著不同的角度旋轉，以捕捉使其將光線聚焦在一起的偏振光。

他們測試了3種被調整到紅色、綠色和紫色光線的鏡頭。和擁有類似光學性質的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10萬倍。同時，有別于此前處理可見光波長的超材料鏡頭，這種設計不會在處理過程中失去很多光線。（宗華）