500多年來(lái)，人類已經(jīng)掌握了將玻璃做成透鏡使光線發(fā)生折射，然后彎曲或組合這些透鏡，使近距離和遠(yuǎn)距離圖像放大以及變清晰的技術(shù)。

然而在過(guò)去近十年的時(shí)間內(nèi)，美國(guó)哈佛大學(xué)的科學(xué)家費(fèi)德里科·卡帕索（Federico Capasso）開(kāi)始通過(guò)設(shè)計(jì)平面光學(xué)超表面改變光學(xué)領(lǐng)域，并利用數(shù)百萬(wàn)個(gè)細(xì)微的、薄而透明的石英柱陣列來(lái)衍射和塑造光線的流動(dòng)。這與玻璃透鏡的方式大致相同，但卻不像玻璃那樣與生俱來(lái)地受"像差"制約。

超透鏡進(jìn)行光折射的圖示

這項(xiàng)技術(shù)在2019年被世界經(jīng)濟(jì)論壇（WEF）評(píng)為十大新興技術(shù)之一。它表明這些越來(lái)越小、越來(lái)越清晰的透鏡很快就會(huì)出現(xiàn)在照相手機(jī)、傳感器、光纖線路以及諸如內(nèi)窺鏡之類的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備中。

使超透鏡可重構(gòu)

近日，美國(guó)凱斯西儲(chǔ)大學(xué)物理系教授 Giuseppe Strangi  與哈佛大學(xué)的合作伙伴們將超透鏡的研究又推進(jìn)了一步，使它們變得“可重構(gòu)”，從而更加有用。

Giuseppe Strangi觀察超透鏡陣列

Strangi 表示，他們通過(guò)利用納米力使液晶在這些微柱之間滲透，從而使微柱以全新的方式塑造和衍射光線，“調(diào)節(jié)”聚焦力來(lái)做到這一點(diǎn)。

液晶是格外有用的，因?yàn)榭梢詫?duì)其進(jìn)行熱、電、磁或光學(xué)操作，這樣有望帶來(lái)“柔性”或“可重構(gòu)”的透鏡。

Strangi 在凱斯西儲(chǔ)大學(xué)的 Nanoplasm 實(shí)驗(yàn)室研究的是“極端光學(xué)”以及“納米尺度上光線與物質(zhì)的相互作用”等。他表示：“從16世紀(jì)開(kāi)始我們就知道這項(xiàng)技術(shù)，我們相信它有望革新光學(xué)。到目前為止，一旦玻璃透鏡被塑造成剛性曲面，就只能以一種方式彎曲光線，除非與其他透鏡組合或者通過(guò)物理方式移動(dòng)它�！�

超透鏡改變了這一點(diǎn)，因?yàn)樗�允許通過(guò)控制光線的相位、幅度和偏振來(lái)設(shè)計(jì)波前。

現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)能夠通過(guò)控制液晶，讓這些新型超透鏡向著新的科技方向發(fā)展，以產(chǎn)生可重構(gòu)的結(jié)構(gòu)光。

Strangi 表示：“這只是第一步，然而使用這些透鏡有很多的可能性。我們已經(jīng)在聯(lián)絡(luò)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)感興趣的公司�！�

Lininger  表示，超表面目前應(yīng)用所面臨的一部分問(wèn)題是，它們的形狀在生產(chǎn)環(huán)節(jié)就已經(jīng)固定，但是“通過(guò)實(shí)現(xiàn)超表面的可重構(gòu)性，可以突破這些限制�！�

Capasso 開(kāi)創(chuàng)了平面光學(xué)研究領(lǐng)域，并在2014年首先發(fā)表了關(guān)于超透鏡的研究。他將用液晶滲透超透鏡的創(chuàng)意歸功于 Strangi，并表示這項(xiàng)創(chuàng)新代表朝著更偉大的目標(biāo)邁出了一步。

Capasso 表示：“我們用液晶可再生產(chǎn)地滲透最先進(jìn)的超透鏡（由一億五千萬(wàn)個(gè)納米級(jí)直徑的玻璃柱制成）以及顯著改變其聚焦特性的能力，預(yù)示著我所期待的振奮人心的科技未來(lái)將從可重構(gòu)的平面光學(xué)中產(chǎn)生。”

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