幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，拋光玻璃一直是成像系統(tǒng)的中心部件，它們的精確曲率使鏡頭能夠聚焦光線并產(chǎn)生清晰的圖像，無(wú)論所觀察的物體是一個(gè)晶體、一本書的書頁(yè)、還是遙遠(yuǎn)的星系。

鏡頭改變焦點(diǎn)以在所有這些比例下清晰可見(jiàn)，譬如照相機(jī)從長(zhǎng)焦鏡頭變?yōu)榻�焦鏡頭或微距鏡頭，通常需要通過(guò)傾斜、滑動(dòng)或以其他方式移動(dòng)鏡頭來(lái)物理聚焦鏡頭，通常需要借助大量顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡所需要的機(jī)械部件。

現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的工程師制造出了一種新型的“Metalens”（超透鏡），可以聚焦在多個(gè)深度的物體上，而無(wú)需改變其物理位置或形狀。透鏡不是由實(shí)心玻璃制成，而是由透明的“相變”材料制成，該材料在加熱后可以重新排列其原子結(jié)構(gòu)，從而改變材料與光相互作用的方式。

麻省理工研究人員用微小的、精確圖案化的結(jié)構(gòu)蝕刻材料的表面，這些結(jié)構(gòu)作為“超表面”（metasurface）一起工作，以獨(dú)特的方式折射或反射光。隨著材料性質(zhì)的變化，超表面的光學(xué)功能也隨之變化。在這種情況下，當(dāng)材料處于室溫時(shí)，超表面會(huì)聚光以在一定距離之外生成物體的清晰圖像。材料加熱后，其原子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，作為響應(yīng)，超表面將光重新定向以聚焦在更遠(yuǎn)的物體上。

這樣，這種成像的新穎設(shè)計(jì)可以啟用更靈活的光學(xué)設(shè)備，例如無(wú)人機(jī)的微型加熱鏡、手機(jī)的超緊湊型熱像儀、更為實(shí)用的夜視鏡等。

麻省理工學(xué)院材料研究實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家、顧天（Tian Gu）說(shuō)：“我們的研究結(jié)果表明，我們的超薄可調(diào)透鏡沒(méi)有移動(dòng)部件，可以實(shí)現(xiàn)位于不同深度的重疊物體的無(wú)像差成像，可與傳統(tǒng)的笨重的光學(xué)系統(tǒng)相媲美�！�

顧和他的同事將研究結(jié)果發(fā)表在《自然.通訊》雜志上。合著者包括麻省理工學(xué)院的胡覺(jué)軍，Mikhail Shalaginov，張藝非，張凡，蘇Peter，卡洛斯·里奧斯，杜慶陽(yáng)和阿努拉達(dá)·阿加瓦爾。麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室的Vladimir Liberman，Jeffrey Chou和Christopher Roberts；麻省洛厄爾大學(xué)，中佛羅里達(dá)大學(xué)和洛克希德·馬丁公司的合作者。

材料調(diào)整

新鏡頭由相變材料制成，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)整可擦寫CD和DVD中常用的材料來(lái)制造。它被稱為GST，它包含鍺、銻和碲，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)在被激光脈沖加熱時(shí)會(huì)發(fā)生變化。這使材料可以在透明狀態(tài)和不透明狀態(tài)之間進(jìn)行切換，這種機(jī)制使CD中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)能夠被寫入、擦除和重寫。

今年早些時(shí)候，研究人員報(bào)告稱，在GST中添加了另一種元素硒，以制造新的相變材料：GSST。當(dāng)他們加熱新材料時(shí)，其原子結(jié)構(gòu)從無(wú)定形、無(wú)序的原子纏結(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)楦�有序的晶體結(jié)構(gòu)。這種相移還改變了紅外光穿過(guò)材料的方式，影響了折射能力，但對(duì)透明度的影響卻很小。