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近日，一項發(fā)表于《光學(xué)快報》（Optics Express）的研究展示了一種制造多色超構(gòu)透鏡的新方法。該研究由德國耶拿弗里德里希·席勒大學(xué)主導(dǎo)，有望推動新一代超小型、低成本、高性能光學(xué)器件的發(fā)展，直接應(yīng)用于便攜設(shè)備。 超構(gòu)透鏡是一種厚度不足頭發(fā)絲直徑的二維平面結(jié)構(gòu)，其通過納米級天線陣列來操控光線。與傳統(tǒng)基于曲面折射的笨重透鏡組相比，超構(gòu)透鏡具有超薄、輕便且可集成化的巨大優(yōu)勢。然而，讓單個超構(gòu)透鏡有效聚焦寬波段的光（如白光）一直是個重大難題。 早期單層設(shè)計面臨物理極限：難以在保持大尺寸和高數(shù)值孔徑（決定集光能力和分辨率）的同時，實(shí)現(xiàn)寬波段工作。為解決此問題，研究團(tuán)隊轉(zhuǎn)向了多層堆疊的超構(gòu)透鏡設(shè)計方案。 團(tuán)隊采用先進(jìn)的“逆向設(shè)計”算法，由計算機(jī)自主優(yōu)化尋找最佳納米結(jié)構(gòu)。該方法的目標(biāo)是在每一層中激發(fā)特定的電磁共振（惠更斯共振），從而實(shí)現(xiàn)對不同波長的光進(jìn)行精確相位控制。這種基于共振的方法，使最終設(shè)計對光的偏振狀態(tài)不敏感，并放寬了制造公差，更有利于大規(guī)模生產(chǎn)。 令人驚訝的是，算法生成出的納米單元形狀多樣，包括圓角方形、四葉草形和螺旋槳形等。這些納米結(jié)構(gòu)共同提供了從0到2π的完整相移覆蓋，使研究人員能夠像繪制地圖一樣設(shè)計透鏡的聚焦功能，例如實(shí)現(xiàn)將不同顏色光線路由到不同位置的效果。 盡管目前該多層設(shè)計能有效處理的離散波長數(shù)量有限（約5個），但它標(biāo)志著超構(gòu)透鏡向?qū)嵱没~出了關(guān)鍵一步。其模塊化的制造理念也與成熟的半導(dǎo)體工藝兼容，為未來產(chǎn)業(yè)化鋪平了道路。 --《每日科學(xué)》網(wǎng)站（www.sciencedaily.com） |
