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科学家开发出动态超表面透镜技术
时间:2018-03-06 09:52:33来源:科学网
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提要:从数码相机、纤维光学中的高带宽到激光干涉引力波天文台(LIGO)的实验室设备,透镜技术在各个尺度均取得进展。如今,一种利用标准计算机芯片技术产生的新的透镜技术正在兴起,并且能替代传统曲面透镜笨重的材料层和复杂的几何形状。
科学家开发出动态超表面透镜技术

从数码相机、纤维光学中的高带宽到激光干涉引力波天文台(LIGO)的实验室设备,透镜技术在各个尺度均取得进展。如今,一种利用标准计算机芯片技术产生的新的透镜技术正在兴起,并且能替代传统曲面透镜笨重的材料层和复杂的几何形状。

和传统透镜不同,平面透镜基于被称为超表面的光学纳米材料,因此相对较轻。当超表面的亚波长纳米结构形成特定的重复模式时,它们能模拟折射光线的复杂曲率,但没有那么笨重,并且在减少畸变的情况下聚焦光线的能力得以改善。不过,大多数这样的纳米结构设备是静态的,因此限制了它们的功能性。

开创了超透镜技术的美国哈佛大学应用物理学家Federico Capasso以及微机电系统(MEMS)早期开发者、阿贡国家实验室纳米制造和设备组负责人Daniel Lopez灵机一动,提出将诸如快速扫描、束流控制等动态性能加到超透镜中以开展新应用的想法。Capasso和Lopez开发了一种将中红外光谱超透镜和MEMS融合起来的设备,并于近日在美国物理联合会(AIP)出版集团所属《应用物理快报—光子学》杂志上报告了这一成果。

MEMS是一种基于电路的技术,整合了微电子学器件并且将制动器、传动装置等机械纳米结构包括进来。从手机到安全气囊、生物传感设备、电器和光学器件,MEMS无处不在。它是利用和生产标准计算机芯片上的集成电路相同的技术制造出来的。

“上千个单独控制的MEMS上的透镜设备被高密度集成到一个硅片上,将使得对光场的控制和操控达到史无前例的程度。”Lopez表示。而他们的将MEMS整合在一起的超表面透镜原型能进行电控,从而使平面透镜的角转动各不相同,并且能扫描不同大小的焦点。

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作者系宗华

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