超表面是與光相互作用的納米級(jí)結(jié)構(gòu)。今天，大多數(shù)超表面使用整體式納米柱來聚焦、塑造和控制光。納米柱越高，光穿過納米結(jié)構(gòu)所需的時(shí)間就越多，從而使超表面能夠更靈活地控制每種顏色的光。但是非常高的柱子往往會(huì)倒下或粘在一起。如果你沒有建造高大的建筑，而是走另一條路怎么辦?

在最近的一篇論文中，哈佛大學(xué)約翰·A·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 (SEAS) 的研究人員開發(fā)了一種超表面，它使用非常深、非常窄的孔，而不是非常高的柱子，將光聚焦到一個(gè)點(diǎn)。

該研究發(fā)表在《納米快報(bào)》上。

新的超表面使用超過 1200 萬個(gè)針狀孔鉆入 5 微米的硅膜，大約是頭發(fā)厚度的 1/20。這些細(xì)長孔的直徑只有幾百納米，使得縱橫比——高寬比——接近30:1。

這是第一次將具有如此高深寬比的孔用于元光學(xué)。

“這種方法可用于創(chuàng)建大型消色差超透鏡，將各種顏色的光聚焦到同一焦點(diǎn)，為一代高縱橫比平面光學(xué)器件鋪平道路，包括大面積寬帶消色差超透鏡，”Federico Capasso 說， SEAS 應(yīng)用物理羅伯特 L.華萊士教授和文頓海耶斯電氣工程高級(jí)研究員和論文的高級(jí)作者。

“如果你試圖用這種縱橫比制作柱子，它們就會(huì)倒下，” SEAS的研究生、該論文的共同第一作者Daniel Lim 說。“多孔平臺(tái)在不犧牲機(jī)械堅(jiān)固性的情況下增加了光學(xué)納米結(jié)構(gòu)的可及縱橫比。”

就像納米柱的大小不同以聚焦光線一樣，多孔元透鏡具有大小不一的孔，精確定位在 2 毫米的透鏡直徑上。孔尺寸的變化使光線朝向鏡頭焦點(diǎn)彎曲。

“多孔超表面通過控制光在寬參數(shù)空間上的限制和傳播為透鏡設(shè)計(jì)增加了一個(gè)新維度，并使新功能成為可能，”SEAS 的博士后研究員、該論文的共同第一作者 Maryna Meretska 說。“可以用非線性光學(xué)材料填充孔洞，這將導(dǎo)致光的多波長生成和操縱，或者用液晶來主動(dòng)調(diào)節(jié)光的特性。”

超透鏡是使用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工業(yè)工藝和標(biāo)準(zhǔn)材料制造的，因此可以在未來大規(guī)模制造。

哈佛技術(shù)發(fā)展辦公室已保護(hù)與該項(xiàng)目相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并正在探索商業(yè)化機(jī)會(huì)。

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