超薄平面透镜实现完美聚焦

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  美国研究人员制作出第一个能精确聚焦的超薄平面透镜(flat lens)。由于其平面特性,此装置并没有令一般球面透镜苦恼的光学像差,因此具有定义良好的焦点。此透镜的聚焦能力同时接近绕射定律所规范的物理极限。

  这个透镜是由哈佛(Harvard)大学工程与应用科学学院的研究团队所完成。团队主持人Federico Capasso表示,目前各种装置内的光学组件体积都相当大,原因是光束必须藉由通过不同厚度的透镜来改变形状。对普通透镜而言,由于光在玻璃中的速度比在空气中低,行经中央较厚区所花的时间比行经周围较薄区来得长,透镜中各处相位延迟的结果导致光线的折射与聚焦。但在此研究中,负责将光束塑型的是厚度仅60 nm的平面透镜。

研究团队

研究团队

  此超薄平面透镜的特殊之处在于它是具有纳米结构的超颖表面(metasurface),其上布有次波长间距的光学天线(optical antenna)作为光塑型组件。这些天线为波长大小的金属结构,在散射特定波长光线时能引入些微相位延迟,而研究人员只要改变天线的大小、角度以及间距便能控制超颖表面所对应的特定波长。

  Capasso表示,光学天线说穿了就是一个共振器,能储存光稍后再释出,过程中的延迟会造成光束方向改变,作用如同玻璃透镜。研究人员将不同形状、大小及方向的天线排列成图案,让透镜上的相位延迟呈放射状分布,造成离镜心越远的光线折射愈严重,使入射光聚焦于精确的一点上。

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