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世界上的新镜头:用液晶改善金属元素

  • 科学
  • 2020-08-24 08:18:28
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500多年来,人类已经掌握了将玻璃定型为透镜,然后弯曲或组合这些透镜以放大和阐明近距和远距图像的折射技术。

但是在过去的十年左右的时间里,哈佛大学的科学家费德里科·卡帕索(Federico Capasso)领导的小组已经开始通过设计平面光学超表面来改变光学领域,并利用数百万个细微的,薄而透明的石英细柱来衍射和模制玻璃。光线的流动方式与玻璃 镜片大致相同,但没有自然限制玻璃的像差。

该技术在2019年被世界经济论坛(WEF)选为十大新兴技术之一,该技术表明这些越来越小,更清晰的镜头很快就会在照相手机,传感器,光纤线路和医疗设备中出现。成像设备,例如内窥镜。

世界经济论坛说:“使手机,计算机和其他电子设备使用的镜头变小已超出了传统的玻璃切割和玻璃弯曲技术的能力。” “……这些纤巧,薄而扁平的透镜可以代替现有的笨重的玻璃透镜,并可以进一步缩小传感器和医学成像设备的尺寸。”

使metalenses“可重新配置”

现在,凯斯西储大学的物理学教授朱塞佩·斯特朗伊(Giuseppe Strangi)和哈佛大学的合作者已经迈出了一步,通过使它们“可重构”,使它们变得更加有用。

Strangi说,他们通过利用纳米力使这些微细柱子之间的液晶渗透,从而使它们以全新的方式对光进行成形和衍射,从而“调节”聚焦力来做到这一点。

液晶是特别有用的,因为可以对其进行热,电,磁或光学操作,这为柔性或可重新配置的镜片创造了潜力。

斯特朗伊说:“我们相信,自从16世纪以来,我们就拥有改变光学的希望,”凯斯西储大学(Case Western Reserve)的纳米质实验室研究“极限光学”以及“光和物质在纳米级的相互作用”。很重要。

斯特朗伊说,直到最近,一旦玻璃透镜成形为刚性曲线,它就只能以一种方式弯曲光线,除非与其他透镜组合或物理移动。

Metalenses改变了这一点,因为它们允许通过控制光的相位,幅度和偏振来设计波前。

现在,通过控制液晶,研究人员已经能够将这些新型的金属传感器向新的科学技术方向发展,以产生可重构的结构光。

Strangi说:“这只是第一步,但是使用这些镜片有很多可能性,并且对此技术感兴趣的公司已经与我们联系。”

宣布突破性进展的论文于8月初由美国国家科学院院刊发表。

Strangi与美国和欧洲的其他几位研究人员合作,包括Case Western Reserve研究人员Andrew Lininger和Jonathan Boyd。意大利德拉卡拉布里亚大学的Giovanna Palermo;哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院的Capasso,Alexander Zhu和Joon-Suh Park。

Lininger说,当前应用的超表面的部分问题在于它们的形状在生产时是固定的,但是“通过在超表面中启用可重构性,可以克服这些限制。”

卡帕索是平面光学研究领域的先驱,并于2014年首次发表了有关金属感的研究,他称赞斯特兰吉(Strangi)可以将液晶渗透到金属感中,并表示这项创新代表了迈向更大的一步。

“我们能够重现性地渗透由超过1.5亿纳米直径玻璃柱组成的最先进的液晶的金属感,并显着改变其聚焦特性的能力,这是我期望可重构平面光学器件中令人兴奋的科学技术的预兆将来,”卡帕索说。

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