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材料哈佛大学研究团队利用超材料透镜将多种颜色的光聚焦到一点

2018-01-17  2142

多年来,光学领域的科学家们一直在努力用一种被称为“metalens”的超材料透镜来取代笨重的弯曲镜片:一种使用纳米结构聚焦光线的平坦表面。

然而,这种技术的一个障碍在于它能够聚焦的光谱范围有限。但随着哈佛大学保尔森工程与应用科学学院(SEAS)最近取得的突破,这一情况将发生变化。

在一篇发表在《Nature Nanotechnology》上的论文中,研究人员写道他们开发了一块单一透镜,可以将整个可见光谱(包括白光)聚焦在同一个点上,而且是以高分辨率实现。在之前,这只能通过标准的曲面透镜堆叠实现。

聚焦整个光谱的难度是,每个波长都以不同的速度穿透材料。例如,红色波长将比蓝色波长更快地通过玻璃,这意味着两种颜色以不同的速度到达相同的位置,从而导致图像失真。所以设备需要不断堆叠透镜来解决这个问题,但这样导致了重量的问题。

哈佛研究组开发的单块超材料透镜使用二氧化钛纳米阵列来平均聚焦光的波长,并且可以消除名为色差的失真。借助成对的纳米薄膜,超材料透镜能够同时控制不同波长的光的速度。

论文的首席作者Wei Ting Chen指出:“通过将两个纳米薄膜结合到同一个元素中,我们可以调整光在纳米结构材料中的速度,从而确保可见光中的所有波长都聚焦在同一个点上,而且只使用一个元透镜。与复合标准消色差透镜相比,这显着降低了厚度和设计的复杂度。”

团队的下一步是将透镜的厚度放大到直径1厘米,而这将为我们带来全新的可能,包括增强现实和虚拟现实。



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