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哈佛大学研发新型超透镜:高纵横比反向设计,超深细孔聚焦光线

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前瞻网 2021-10-14 11:09
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图片来源:论文

元表面是与光互动的纳米级结构。如今,大多数元表面使用单晶石般的纳米柱来聚焦、塑造和控制光线。纳米柱越高,光通过纳米结构的时间就越长,使元表面对每种颜色的光有更多的控制。但是非常高的柱子往往容易掉下来或粘在一起。如果不建造高大的结构,而是反其道而行之呢?

近日,哈佛大学的研究人员开发了一种元表面,它使用非常深、非常窄的孔(而不是非常高的柱子)将光线聚焦到一个点上。

这个新的元表面使用了超过1200万个针状孔,钻入一个5微米的硅膜,大约是头发厚度的1/20。这些细长孔的直径只有几百纳米,使得纵横比(高度与宽度的比率)接近30:1。这是第一次将这样纵横比的孔用于元光学。

研究人员表示,这种方法可用于制造大型消色差超透镜,将各种颜色的光聚焦到同一焦点上,为高纵横比平面光学器件铺平道路,包括大面积的宽带消色差超透镜。研究人员补充道,如果试图用这种纵横比制造支柱,它们会倒下。而多孔状增加了光学纳米结构的可访问纵横比,而不牺牲机械的坚固性。

就像纳米柱一样,纳米柱的大小不同以聚焦光线;多孔元透镜有不同大小的孔,精确地定位在2毫米的透镜直径上。孔的大小变化使光线向透镜焦点弯曲。

研究人员提到,多孔的元表面通过控制光在宽参数空间内的限制和传播,为透镜设计增加了一个新的维度,并使新功能成为可能。孔可以用非线性光学材料进行填充,这样可以产生和操纵多波长光,或者用液晶来主动调节光的特性。

超透镜是使用传统半导体工业工艺和标准材料制造的,在未来可以进行大规模生产。

目前,哈佛大学技术发展办公室已经保护了与该研究项目有关的知识产权,并正在探索商业化的机会。

题为A High Aspect Ratio Inverse-Designed Holey Metalens的研究论文发表在《纳米快报》(Nano Letters)上。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文:

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

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