康奈尔大学与三星联合开发出可变焦液晶超透镜
2021-06-18 13:58:04   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

据麦姆斯咨询报道，康奈尔大学应用与工程物理学院和三星先进技术研究院的研究人员首创出一款全新可变焦液晶超透镜，这是一种超材料透镜，无需机械地移动元件，仅控制电压就能实现变焦。

概念验证已为一系列紧凑型变焦透镜打开了通往众多成像应用的大门，如卫星、望远镜和显微镜。在过去，这些应用的聚焦功能通常使用曲面镜头实现，而曲面镜头需要机械元件进行调整。在某些应用中，出于空间、重量或尺寸考虑，采用可动的传统玻璃透镜或塑料透镜来改变焦距，完全不适用。

相关研究成果发布在美国化学学会期刊Nano Letters。根据论文第一作者Melissa Bosch博士生介绍，超透镜是一种纳米天线或谐振器的平面阵列，厚度不到一微米，可作为聚焦元件。但直到现在，超透镜制备完成后，其焦距就很难改变。论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.1c00356。

康奈尔大学和三星先进技术研究院共同开发的可变焦超透镜渲染图

这项创新是三星和康奈尔大学研究人员合作开发的成果。他们将超透镜与成熟的液晶技术相结合，对超透镜的局部相位响应进行“量体裁衣”。从而允许研究人员通过改变施加在器件上的电压，以可控方式改变超透镜的焦点。

“这样的组合正是我们所希望和预测的，”Bosch博士说，她工作于应用和工程物理学教授、该论文高级作者Gennady Shvets的实验室，“这样设计出的超透镜可通过电压调整实现连续变焦，总焦距变化高达20%。”

据Bosch博士称，三星的研究人员希望为AR（增强现实）眼镜开发这种技术。而她认为还会有更多可能的应用，尤其是将节省空间和减轻重量视为重要因素的应用，例如卫星、航天器、无人机、夜视镜、内窥镜和其它应用的光学镜头。

Shvets实验室的博士后助理、该论文的通讯作者Maxim Shcherbakov说，“在过去的十年里，研究人员在结合液晶与纳米结构方面取得了进展，但没人用于透镜。现在，该团队计划继续推进该项目，并提高原型的性能。”

液晶超透镜光学显微镜图像（a）液晶封装双焦点球形超透镜的光学图像，放大倍数为20倍；（b）放大倍数为50倍时，同一球形超透镜的光学图像；（c）早期圆柱形超透镜原型在放大倍数为10倍时的低浸润质量表现

Shcherbakov说：“透镜工作在单一波长如红色波，但当其能够跨红、绿、蓝色谱工作时，将变得更有用。”

康奈尔研究小组正以现有研发平台为起点，开发多波长超透镜的迭代版本。

“其它波长的优化方式与红色波非常相似。从某种意义上讲，最艰难的一步已经完成，所以现在只是基于已完成工作的进一步深挖。”Bosch博士说。

这项工作得到了三星先进技术研究院全球研究外展项目的支持，也得到了康奈尔大学材料研究中心的支持，并得到了美国国家科学基金会和美国海军研究办公室的资助。