突破性的鏡頭為虛擬和增強現(xiàn)實開辟了新的可能性

Metalenses-使用納米結構聚焦光線的平坦表面-已經(jīng)承諾通過用簡單，平坦的表面取代目前光學設備中使用的笨重的彎曲透鏡來徹底改變光學技術，但以前超透鏡在它們可以很好地聚焦的光譜方面受到限制?，F(xiàn)在，哈佛大學約翰·A·保爾森工程與應用科學學院（SEAS）的一組研究人員開發(fā)了第一個單透鏡，可以將整個可見光譜（包括白光）聚焦在同一位置和高分辨率，這是以前只有通過堆疊多個傳統(tǒng)透鏡才能實現(xiàn)的壯舉。

該研究發(fā)表在Nature Nanotechnology上。

聚焦整個可見光譜和白光（光譜的所有顏色）是如此具有挑戰(zhàn)性，因為每個波長都以不同的速度穿過材料。例如，紅色波長在玻璃中的移動速度比藍色快，因此兩種顏色將在不同的時間到達相同的位置，從而導致不同的焦點。這會產(chǎn)生稱為色差的圖像失真。

相機和光學儀器使用不同厚度和材料的多個彎曲鏡頭來校正這些像差，這當然會增加設備的體積。

“Metalenses比傳統(tǒng)鏡頭更有優(yōu)勢，”Robert L. Wallace應用物理學教授，SEAS電氣工程高級研究員Vinton Hayes，該研究的資深作者Federico Capasso說?！俺?、易于制造且具有成本效益。這一突破將這些優(yōu)勢擴展到整個可見光范圍。這是下一個重要步驟。

哈佛大學技術開發(fā)辦公室（OTD）已經(jīng)保護了與該項目相關的知識產(chǎn)權，并正在探索商業(yè)化機會。

Capasso和他的團隊開發(fā)的超透鏡使用二氧化鈦納米鰭陣列來均勻聚焦波長的光并消除色差。先前的研究表明，通過優(yōu)化納米鰭片的形狀，寬度，距離和高度，可以聚焦不同波長的光，但距離不同。在這種最新的設計中，研究人員創(chuàng)建了配對納米鰭的單位，可以同時控制不同波長光的速度。配對的納米鰭片還控制元表面上的折射率，并進行調(diào)整以導致通過不同鰭片的光具有不同的時間延遲，從而確保所有波長同時到達焦點。

“設計消色差寬帶透鏡的最大挑戰(zhàn)之一是確保來自超透鏡所有不同點的輸出波長同時到達焦點，”SEAS博士后研究員，該論文的第一作者Wei-Ting Chen說?！巴ㄟ^將兩種納米鰭結合成一個元素，我們可以調(diào)整納米結構材料中的光速，以確保可見光中的所有波長都聚焦在同一點上，使用單個超透鏡。與復合標準消色差透鏡相比，這大大降低了厚度和設計復雜性。

“使用我們的消色差透鏡，我們能夠執(zhí)行高質(zhì)量的白光成像。這使我們更接近將它們整合到相機等常見光學設備中的目標，“該研究的合著者Alexander Zhu說。

接下來，研究人員的目標是將鏡片放大到直徑約1厘米。這將開辟一系列新的可能性，例如虛擬和增強現(xiàn)實中的應用。

其他合著者包括Vyshakh Sanjeev，Mohammadreza Khorasaninejad，Zhujun Shi和Eric Lee。

這得到了美國空軍科學研究辦公室的部分支持，部分工作在納米級系統(tǒng)中心進行，該中心是美國國家納米技術協(xié)調(diào)基礎設施的成員，由美國國家科學基金會支持。

轉(zhuǎn)載自哈佛官網(wǎng)