光的精確控制是光學(xué)成像、傳感和通信的關(guān)鍵要求。用于此目的的傳統(tǒng)鏡頭有局限性，需要更精確和緊湊的解決方案。為了滿足這一需求，研究人員開發(fā)了超透鏡，這是一種由納米材料制成的超薄透鏡，其尺寸比光的波長還小。這些亞波長元件提供了以極高的精度操縱光波的手段，有助于精確控制光波的振幅、相位、偏振和方向。

此外，與體積龐大的透鏡相比，超透鏡更容易生產(chǎn)，是小型化和高度集成的光學(xué)器件的理想選擇。然而，亞波長元件也使它們?nèi)菀资艿缴畹挠绊憽＿@是一種情況，當(dāng)光通過超透鏡時，每個波長在與亞波長結(jié)構(gòu)相互作用時經(jīng)歷不同的相移。因此，各種顏色或波長的光不會在同一點(diǎn)匯聚，從而導(dǎo)致焦點(diǎn)丟失和圖像質(zhì)量降低。

通過由相變材料組成的納米鰭NF1和NF2的正交或平行排列，將不同波長的光聚焦在同一點(diǎn)上來減少色差的超鏡頭。

現(xiàn)在，在一項(xiàng)發(fā)表在《Advanced Photonics Nexus》上的新研究中，研究人員提出了一種新的方法來制造寬帶消色差和偏振不敏感的超透鏡(BAPIML)。他們的方法利用了光斑分辨率的瑞利準(zhǔn)則，這是光學(xué)中用于定義成像系統(tǒng)中最小可分辨細(xì)節(jié)的基本原理。

佛羅里達(dá)國際大學(xué)的期刊編輯Alex Krasnok教授指出：“報(bào)道的科學(xué)和技術(shù)進(jìn)步是值得注意的，因?yàn)樗鼈兲峁┝私鉀Q超表面色差的途徑，這是一個阻礙該領(lǐng)域進(jìn)展的挑戰(zhàn)。” 根據(jù)瑞利光斑分辨準(zhǔn)則，當(dāng)一個點(diǎn)源產(chǎn)生的衍射圖樣的中心落在另一個點(diǎn)源的衍射圖樣的第一個極小值上時，可以分辨出距離很近的點(diǎn)源。當(dāng)衍射圖樣接近這個極限時，這兩點(diǎn)就變得難以區(qū)分了。這一原理在望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的設(shè)計(jì)中發(fā)揮了重要作用，它們分別用于分辨天體和捕捉微小標(biāo)本的微小細(xì)節(jié)。在這項(xiàng)研究中，研究人員巧妙地應(yīng)用了這一概念，開發(fā)了兩個互補(bǔ)的超透鏡，將亮點(diǎn)合并為一個聚焦的點(diǎn)。

他們使用由相變材料Ge2Sb2Se4Te1制成的納米片制造了這兩種超透鏡。這些納米片以相互正交或平行的方向排列，并設(shè)計(jì)成在通過它們的光中引入相移。其中一個納米鰭作為波長為4μm的半波片，而另一個作為波長為5μm的半波片。

當(dāng)光照射超透鏡時，會在不同位置產(chǎn)生兩個明顯的亮點(diǎn)。然而，通過仔細(xì)調(diào)整參數(shù)，如超透鏡的半徑和焦距，研究人員設(shè)法將亮點(diǎn)合并為一個聚焦點(diǎn)，效率高達(dá)43%。簡單地說，透鏡通過在同一點(diǎn)聚焦不同波長的光來抵消色差。 最后，研究人員通過產(chǎn)生寬帶消色差和偏振不敏感聚焦光學(xué)渦旋來證明他們方法的多功能性。

Krasnok教授說：“簡而言之，這項(xiàng)工作意味著我們正在創(chuàng)造能夠更好地處理光線而不失真的鏡頭，并有可能改善各種光學(xué)應(yīng)用。” 這種開發(fā)BAPIML的新方法為廣泛的改進(jìn)成像和光學(xué)應(yīng)用打開了大門，包括分子傳感、生物成像、探測器和全息顯示。

審核編輯：劉清