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Metalenses - 使用纳米结构聚焦光线的平面 - 已经承诺通过用简单,平坦的表面取代目前在光学设备中使用的庞大弯曲透镜来彻底改变光学,但之前的metalenses在光谱方面受到限制,它们可以很好地聚焦。

现在,哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的一个研究小组开发出了第一个可以将整个可见光谱(包括白光)聚焦在同一点和高分辨率的单镜头,这是一项壮举。以前只能通过堆叠多个传统镜头来实现。

该研究发表在Nature Nanotechnology上。

聚焦整个可见光谱和白光 - 光谱的所有颜色 - 是如此具有挑战性,因为每个波长以不同的速度穿过材料。例如,红色波长比蓝色更快地穿过玻璃,因此两种颜色将在不同时间到达相同位置,从而产生不同的焦点。这会产生称为色差的图像失真。

相机和光学仪器使用不同厚度和材料的多个弯曲透镜来校正这些像差,这当然会增加设备的体积。

“Metalenses优于传统镜片,”应用物理学教授Robert L. Wallace教授和SEAS电子工程高级研究员Vinton Hayes和该研究的高级作者Federico Capasso说。“Metalenses很薄,易于制造,而且具有成本效益。这一突破将这些优势扩展到整个可见光范围。这是下一个重大举措。“

哈佛大学的技术开发办公室(OTD)保护了与该项目相关的知识产权,并正在探索商业化机会。

metaassses Capasso和他的团队开发出使用二氧化钛纳米鳍阵列来均等地聚焦波长的光并消除色差。先前的研究表明,通过优化纳米鳍的形状,宽度,距离和高度,可以聚焦不同波长的光,但是在不同距离处。在这一最新设计中,研究人员创建了成对纳米片的单元,可同时控制不同波长的光的速度。成对的纳米鳍也控制元表面上的折射率,并且被调谐以导致穿过不同鳍的光的不同时间延迟,确保所有波长同时到达焦斑。

“设计消色差宽带镜头的最大挑战之一是确保来自metalens所有不同点的出射波长同时到达焦点,”SEAS的博士后研究员陈伟婷说。该论文的第一作者。“通过将两种纳米粒子组合成一种元素,我们可以调整纳米结构材料中的光速,确保可见光中的所有波长都聚焦在同一点,使用单个元透镜。与复合标准消色差透镜相比,这大大降低了厚度和设计复杂性。“

“使用我们的消色差镜头,我们能够执行高质量的白光成像。这使我们更接近将它们纳入常见光学设备(如相机)的目标,“该研究的共同作者亚历山大朱说。

接下来,研究人员的目标是将镜头放大到直径约1厘米。这将打开一系列新的可能性,例如虚拟和增强现实中的应用程序。

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