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成像

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高效的扁镜缩小到纳米级

02 Jun 2016
鳍海洋:金属与二氧化钛纳芬蛋白

 

通过美国和加拿大的研究人员开发了普通的,高效,超薄的超薄元镜片,其焦点光到亚波长点。这些装置 - 产生与顶部商业镜头相当的图像 - 以工业上可行的方式制造,可用于激光相关的成像,显微镜和光谱。它们可以进一步开发用于移动电话相机和可穿戴电子产品。

在光学,费马’S原理管理镜片的操作,并指出光线沿着它累积最小相的路径。它朝着较高折射率的区域弯曲,以行进较小的距离,其中波长较短,相位累积更快。当波传播时,相位连续累积,因此镜头需要有限厚度,以累积足够的阶段以根据需要重定向。

不连续重定向

然而,2011年, Federico Capasso. 哈佛大学的同事表明, 如果可以不连续地改变光波的相位,则可以根据需要使用平坦表面重定向光。在原始工作中,这是使用直接干扰光的谐振金属天线来实现的。但是天线难以制造和高效。

研究人员已经表明了 通过使用由硅制成的微小的亚波长元件,也可以印记相位不连续性。这些在光波的所谓的PancharAtname-Berry阶段中印记,通过在穿过元件时赋予空间相关的偏振偏移来转移。这些元素更简单地制造和焦点更有效地传递可见光,但它们仍然吸收或反射太多的光以制作可行的商业镜头。

Capasso.’S团队现在已经开发出一种制造这些微小的新技术“nanofins”,使用电子束光刻在沉积非常薄的氧化钛层之前进行抗蚀剂 - 这比硅透射比硅更好地透过可见波长 - 在抗蚀剂上以产生元造影。研究人员使用了它们的技术来制造钛 - 氧化钛金属,氧化钛金属透光以不同的可见波长聚焦光。

钛纳芬辛

镜片的聚焦效率对于可见光的金属,镜片前所未有:设计为405nm(紫色)光的镜头将86%的入射光带到焦点。镜片的数值孔径比以前的金属透镜更高,允许它们将光从更广角度聚焦到一个点。这反过来产生的焦点小于光’波长,小于含有多个屈光镜片的最先进的商业目标可实现的波长。

研究人员还在可见区域中首次展示了与金属纤维的成像,表明它们可以产生几种不同的测试物体的高度放大的图像,并分辨小于一个波长的特征。团队’S透镜确实受到相当大的色差 - 虽然这不是用单色激光执行的显微镜的技术应用的问题,但它将适用于相机镜片等消费者应用。幸运的是,2015年,Capasso和同事表明,战略设计的硅质硅片表面可以在同一点上聚焦多个红外波长,并且Capasso也认为这也是可能的。“It’在我们对氧化钛的情况下,才有时间问题,” he says. “通过我们的镜头,我们相信我们可以取代许多相机中的普通镜头,使东西更加紧凑,更便宜,更薄,实现相同的性能。”

andreaalù. 德克萨斯大学在奥斯汀的奥斯汀,没有参与研究,这是印象深刻的。 “我们在过去几年中看到了这一系列论文在Metasurfaces上,问题一直是,‘什么是效率?我们可以用已知的光学组件进行这种竞争力吗?” he told physicsworld.com.. “本文涉及其中一些问题:它说我们确实可以构建仍然很薄的大面积元件,它们是介电 - 如此低的损失 - 但它们可以提供大的数值孔径,并前进比较响应具有最先进的市售组件。”

然而,他指出,Pancharatmane-Berry相移依赖于固有的极化,并且该毛毛’使用适当的偏振光进行效率测量。“您不能将其放在iPhone相机上,并期望它用于环境光,” he explains. “我想你可以放在过滤器中,但牺牲效率。”

该研究发表在 科学.

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