集两用于一身的超透镜成功问世

2013-08-02 admin1 148

英国及德国的科学家最近设计出全球第一个可见光波段的双极性(dual-polarity)超透镜(metalens),该组件是由位于玻璃表面的金纳米棒阵列所组成,只需切换通过它的光的偏振状态,就能发挥凸透镜或凹透镜的功能。此透镜只有数十纳米厚,因此很适合微小尺度的成像,同时也有助于提高光学线路中的信息处理能力。

透镜是望远镜、显微镜及相机等光学仪器的关键零件,制作硅芯片及集成电路的光刻技术也少不了它。传统透镜是以玻璃或其它透明材料制成,具有弯曲的表面以及固定的焦距:凸透镜会聚光并将物体放大,而凹透镜使光发散并产生缩小的影像。

上述由英国伯明翰大学(University of Birmingham)及德国帕德伯恩大学(Paderborn University)共同研发的超透镜则为平板状,而且是由分布在玻璃表面的金纳米棒阵列所构成。研究人员以电子束光刻制作长200 nm的金纳米棒,并仔细控制它们在玻璃上排列的方向,此图案化的阵列具有超材料的特性,能局部修改入射光的波前,因此能像透镜一样工作。研究人员只要控制穿过透镜的光是左旋或右旋圆偏振光,就能获得放大或缩小的影像。相较于动辄数毫米厚的传统玻璃透镜,此透镜只有数十纳米厚,其孔径为80 μm,焦距为60 μm。

该团队表示,由于此超透镜对于入射光的不同偏振能同时发挥两种组件的功能,因此可望提高光学线路处理信息的能力,例如利用偏振编码的信息可以分别解复用(demultiplexed)或处理,甚至因为能更有效地操控处于偏振态纠缠的光子,而在量子光学领域中产生重要的应用。

该团队指出,此超透镜的平板状有利于透过传统制程将它与其它纳米光子组件整合。目前此超透镜的口径只有几十微米,主要是受限于电子束光刻技术写入的速度太慢,不过该团队宣称他们已经在研究新的纳米制造技术,以便制造大面积的超透镜来符合实际用途。

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