哈佛大学开发新型超透镜，用纳米孔替代纳米柱
2021-10-23 13:22:39   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

据麦姆斯咨询报道，哈佛大学John A. Paulson工程与应用科学学院的研究人员开发了一种被称为超透镜的新型超表面，采用非常深且窄的纳米孔而不是非常高的纳米柱来汇聚光线。

英国知名研究公司IDTechEx在最新的《超材料和超表面技术及市场-2021版》报告中介绍，超材料是指一些具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备超常物理性质的复合材料。超材料通常涉及重复图案化的结构（通常是金属），并能以过去无法实现的方式控制电磁辐射。目前，大多数超表面都使用大规模纳米柱来汇聚、整形和操纵光线。

纳米柱越高，光通过纳米结构所需要的时间就越长，从而为超表面提供了对各种颜色光的更全面控制。

多孔超透镜的艺术图，在薄的晶体硅膜上刻蚀了1250多万个纳米孔。入射光波前被多孔结构调制，产生衍射极限焦点。

具有1200多万个针状孔的新型超表面

在这项发表在Nano Letters上的研究中，作者展示了这种新型超表面，在一片5微米的硅膜上构建了1200多万个针状纳米孔。

这篇论文称，这些长而窄的针状孔的直径只有几百纳米，深宽比接近30:1。这是首次在超光学元件中使用具有极高深宽比的孔。

据这篇论文的高级作者Federico Capasso介绍，该超表面方案可用于开发大型消色差超透镜，将不同颜色的光聚焦到同一焦点，为新一代极高深宽比的平面光学元件铺平了道路。

超透镜

同时，哈佛大学工程与应用科学学院研究生、论文共同一作Daniel Lim表示，如果试图用这种深宽比（对应的高宽比）来制作的纳米柱，“它们很可能会倒塌下来”。

他补充说，这种多孔平台提高了光学纳米结构的深宽比，同时不会牺牲其机械强度。并且，与尺寸随聚焦光而变化的纳米柱类似，这种多孔超透镜包括位于2毫米直径透镜上尺寸变化的孔。所述孔尺寸的变化使光朝透镜焦点弯曲。

这篇论文的合著者、博士后Maryna Meretska表示，从本质上讲，这种多孔超表面通过在宽泛的参数空间内调制光的“限制和传播”为超透镜设计打开了新维度，并开发新功能。

Maryna Meretska补充说，可以采用非线性光学材料填充纳米孔，从而实现光的多波长生成和操纵，或者用液晶主动调制光的特性。

采用传统半导体工艺和标准材料

这种超透镜采用传统半导体工艺和标准材料而制造，未来可以实现大规模生产。

哈佛技术开发办公室已经为相关研究申请了知识产权保护，并正在积极探索更多的商业化机会。

NILT自主设计的超透镜及原型制作

据麦姆斯咨询此前报道，2021年9月，总部位于丹麦哥本哈根的先进光学解决方案领先供应商NIL Technology（简称：NILT），发布了具有突破性性能的超透镜光学元件的设计和特性，并展示了94%的效率。

NILT首次演示了集成单个超表面透镜的940 nm近红外成像镜头，这种设计的目标应用是智能手机中的3D传感、人脸识别以及汽车驾驶员监控。

NILT表示，其单个超透镜，命名为1M，这款超光学元件（MOE）在形态、性能、尺寸和效率方面均具有革命性意义，并验证了MOE相比传统折射透镜的独特优势，测试结果展现了“94%的绝对效率”（即到达焦点的能量除以原始入射能量）。

NILT开发的MOE卖点是通过电子束光刻技术和纳米压印光刻技术实现的自主原型制作能力，“使NILT能够比任何其他公司更快地原型化MOE并实现大规模生产。”

延伸阅读：

《超材料和超表面技术及市场-2021版》