二氧化钛超材料镜头

图片来源：哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院

近日，来自美国的科学家研制出一种比其聚焦的光波还薄的镜头，该镜头由扭曲光线的超材料制成，将有可能替代用于从显微镜到手机摄像头的所有物件的较重玻璃镜头。该项成果已发表于《科学》杂志。

在普通镜头中，几毫米甚至几厘米厚的弯曲玻璃表面将光线重新定向至一个普通的焦点，为改善成像，往往需要增加玻璃层。因此，照相机、显微镜和望远镜部分受到其所需镜头的大小和重量的限制。

与美国哈佛大学研究人员Federico Capasso领导的团队合作设计出新镜头的Reza Khorasaninejad表示，“虚拟现实拥有同样的问题。它们想拥有高分辨率的成像系统，但最终拥有的是沉重的头盔。相反，超材料能利用和光波波长本身同样小或者比其更小的结构，将光线朝着一个普通点弯曲。我们的镜头是平的，但我称其为虚拟弯曲。”

该团队利用电子束，从一大块二氧化钛中“雕刻”出纳米薄膜——整体看上去像全球最小巨石阵的600纳米高方块。他们将该镜头安装到一片提供刚性背衬但无须自己聚焦任何光线的薄玻璃上。通过二氧化钛镜头，纳米薄膜被沿着不同的角度旋转，以捕捉使其将光线聚焦在一起的偏振光。

该团队测试了3种被调整到红色、绿色和紫色光线的镜头。和拥有类似光学性质的55毫米厚尼康显微镜相比，每种都能更加敏锐地聚焦光线，即便这种600纳米厚的超材料镜头比尼康的薄10万倍。同时，有别于此前处理可见光波长的超材料镜头，这种设计不会在处理过程中失去很多光线。