新型超薄魚網(wǎng)消色差超透鏡：將改革光學應用領域

我們許多人每天都在跟透鏡打交道，比如糾正視力的眼鏡或放大鏡中的鏡片即為透鏡。透鏡（英語：lens）是一種將光線聚合或分散的設備，通常是由一片玻璃構成，也有由樹脂或水晶等透明材料制成。

傳統(tǒng)的光學透鏡通過玻璃等的厚度變化來調節(jié)入射光相位實現(xiàn)聚焦的，這樣的透鏡體積大、笨重、而且只能將光聚焦在有限的幾個波長上。

隨著光學科技的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)光學透鏡難以滿足如大規(guī)模集成、器件小型化、功能多樣化等要求。為此科技人員開發(fā)出了超透鏡（英語：metalens）。

超透鏡是一種通過人工方式將具有特殊電磁特性的光學天線，按照一定方式進行排列的二維平面透鏡結構，可實現(xiàn)對入射光振幅、相位、偏振等參量的靈活調控，在超分辨顯微成像、全息光學、消色差透鏡等方面具有重要應用。超透鏡不僅突破了傳統(tǒng)光學透鏡的電磁屬性，其二維的平面結構更易于加工和集成，為光學透鏡的小型化與集成化提供解決方案。

現(xiàn)在，加州大學的科學家們開發(fā)出了一種新型的、創(chuàng)紀錄的、超薄超透鏡（ultrathin metalens），它使用一系列細小的、相互連接的波導，類似于魚網(wǎng)，以創(chuàng)紀錄的效率將光聚焦在從可見光到紅外的波長范圍內。如圖所示超透鏡的示意圖，它由微小的鈦波導構成，右邊是單個波導的示意圖。

所以該透鏡被稱為“魚網(wǎng)消色差超透鏡”，英語：Fishnet-Achromatic-Metalens，簡稱：FAM。這種超透鏡扁平而緊湊，可以做得足夠小以適合日益小型化的需要。這種技術發(fā)展將導致改變太陽能、虛擬現(xiàn)實技術、醫(yī)學成像、光信息處理以及其他依賴于光學的應用領域的革命性進展。

加州大學伯克利分校電氣工程和計算機科學副教授、首席研究員、布巴卡·坎特（Boubacar Kanté）說：“我們攻克了被視為基本的障礙?！?“簡而言之，這是世界上最薄、最高效、最寬帶的平板透鏡?！?/p>

盡管在過去的十年中已經(jīng)提出了許多方法來實現(xiàn)平面透鏡，但是這種新型超透鏡是首次實現(xiàn)達到了多性能的組合。

該團隊證明了其魚網(wǎng)消色差超透鏡能夠捕獲從640納米（紅橙色光）到1200納米（紅外光）范圍內70％的入射光。如此寬波長范圍內進入魚網(wǎng)消色差超透鏡的光將聚焦在透鏡另一側的單個點上。

坎特說：“這些結果令我們感到非常興奮，因為許多應用需要同時處理廣譜中的多個波長。” “比如在太陽能應用中就是這種情況，我們需要將所有顏色的光聚焦到高效的太陽能電池或太陽能集中器上。”

坎特說，下一步的一個很好的步驟是開發(fā)可以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的工藝。

該最新研究成果論文被發(fā)表在今天的《自然通訊》雜志上。