哈佛大學研發新型超透鏡：高縱橫比反向設計，超深細孔聚焦光線

圖片來源：論文

元表面是與光互動的納米級結構。如今，大多數元表面使用單晶石般的納米柱來聚焦、塑造和控制光線。納米柱越高，光通過納米結構的時間就越長，使元表面對每種顏色的光有更多的控制。但是非常高的柱子往往容易掉下來或粘在一起。如果不建造高大的結構，而是反其道而行之呢？

近日，哈佛大學的研究人員開發了一種元表面，它使用非常深、非常窄的孔（而不是非常高的柱子）將光線聚焦到一個點上。

這個新的元表面使用了超過1200萬個針狀孔，鉆入一個5微米的硅膜，大約是頭發厚度的1/20。這些細長孔的直徑只有幾百納米，使得縱橫比（高度與寬度的比率）接近30:1。這是第一次將這樣縱橫比的孔用于元光學。

研究人員表示，這種方法可用于制造大型消色差超透鏡，將各種顏色的光聚焦到同一焦點上，為高縱橫比平面光學器件鋪平道路，包括大面積的寬帶消色差超透鏡。研究人員補充道，如果試圖用這種縱橫比制造支柱，它們會倒下。而多孔狀增加了光學納米結構的可訪問縱橫比，而不犧牲機械的堅固性。

就像納米柱一樣，納米柱的大小不同以聚焦光線；多孔元透鏡有不同大小的孔，精確地定位在2毫米的透鏡直徑上。孔的大小變化使光線向透鏡焦點彎曲。

研究人員提到，多孔的元表面通過控制光在寬參數空間內的限制和傳播，為透鏡設計增加了一個新的維度，并使新功能成為可能。孔可以用非線性光學材料進行填充，這樣可以產生和操縱多波長光，或者用液晶來主動調節光的特性。

超透鏡是使用傳統半導體工業工藝和標準材料制造的，在未來可以進行大規模生產。

目前，哈佛大學技術發展辦公室已經保護了與該研究項目有關的知識產權，并正在探索商業化的機會。

題為A High Aspect Ratio Inverse-Designed Holey Metalens的研究論文發表在《納米快報》（Nano Letters）上。

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論文原文：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c02612

標簽： 哈佛 大學 研發 新型