突破性的鏡頭為虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)開(kāi)辟了新的可能性

Metalenses-使用納米結(jié)構(gòu)聚焦光線的平坦表面-已經(jīng)承諾通過(guò)用簡(jiǎn)單，平坦的表面取代目前光學(xué)設(shè)備中使用的笨重的彎曲透鏡來(lái)徹底改變光學(xué)技術(shù)，但以前超透鏡在它們可以很好地聚焦的光譜方面受到限制?，F(xiàn)在，哈佛大學(xué)約翰·A·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）的一組研究人員開(kāi)發(fā)了第一個(gè)單透鏡，可以將整個(gè)可見(jiàn)光譜（包括白光）聚焦在同一位置和高分辨率，這是以前只有通過(guò)堆疊多個(gè)傳統(tǒng)透鏡才能實(shí)現(xiàn)的壯舉。

該研究發(fā)表在Nature Nanotechnology上。

聚焦整個(gè)可見(jiàn)光譜和白光（光譜的所有顏色）是如此具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)槊總€(gè)波長(zhǎng)都以不同的速度穿過(guò)材料。例如，紅色波長(zhǎng)在玻璃中的移動(dòng)速度比藍(lán)色快，因此兩種顏色將在不同的時(shí)間到達(dá)相同的位置，從而導(dǎo)致不同的焦點(diǎn)。這會(huì)產(chǎn)生稱(chēng)為色差的圖像失真。

相機(jī)和光學(xué)儀器使用不同厚度和材料的多個(gè)彎曲鏡頭來(lái)校正這些像差，這當(dāng)然會(huì)增加設(shè)備的體積。

“Metalenses比傳統(tǒng)鏡頭更有優(yōu)勢(shì)，”Robert L. Wallace應(yīng)用物理學(xué)教授，SEAS電氣工程高級(jí)研究員Vinton Hayes，該研究的資深作者Federico Capasso說(shuō)?！俺?、易于制造且具有成本效益。這一突破將這些優(yōu)勢(shì)擴(kuò)展到整個(gè)可見(jiàn)光范圍。這是下一個(gè)重要步驟。

哈佛大學(xué)技術(shù)開(kāi)發(fā)辦公室（OTD）已經(jīng)保護(hù)了與該項(xiàng)目相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并正在探索商業(yè)化機(jī)會(huì)。

Capasso和他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的超透鏡使用二氧化鈦納米鰭陣列來(lái)均勻聚焦波長(zhǎng)的光并消除色差。先前的研究表明，通過(guò)優(yōu)化納米鰭片的形狀，寬度，距離和高度，可以聚焦不同波長(zhǎng)的光，但距離不同。在這種最新的設(shè)計(jì)中，研究人員創(chuàng)建了配對(duì)納米鰭的單位，可以同時(shí)控制不同波長(zhǎng)光的速度。配對(duì)的納米鰭片還控制元表面上的折射率，并進(jìn)行調(diào)整以導(dǎo)致通過(guò)不同鰭片的光具有不同的時(shí)間延遲，從而確保所有波長(zhǎng)同時(shí)到達(dá)焦點(diǎn)。

“設(shè)計(jì)消色差寬帶透鏡的最大挑戰(zhàn)之一是確保來(lái)自超透鏡所有不同點(diǎn)的輸出波長(zhǎng)同時(shí)到達(dá)焦點(diǎn)，”SEAS博士后研究員，該論文的第一作者Wei-Ting Chen說(shuō)?！巴ㄟ^(guò)將兩種納米鰭結(jié)合成一個(gè)元素，我們可以調(diào)整納米結(jié)構(gòu)材料中的光速，以確?？梢?jiàn)光中的所有波長(zhǎng)都聚焦在同一點(diǎn)上，使用單個(gè)超透鏡。與復(fù)合標(biāo)準(zhǔn)消色差透鏡相比，這大大降低了厚度和設(shè)計(jì)復(fù)雜性。

“使用我們的消色差透鏡，我們能夠執(zhí)行高質(zhì)量的白光成像。這使我們更接近將它們整合到相機(jī)等常見(jiàn)光學(xué)設(shè)備中的目標(biāo)，“該研究的合著者Alexander Zhu說(shuō)。

接下來(lái)，研究人員的目標(biāo)是將鏡片放大到直徑約1厘米。這將開(kāi)辟一系列新的可能性，例如虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用。

其他合著者包括Vyshakh Sanjeev，Mohammadreza Khorasaninejad，Zhujun Shi和Eric Lee。

這得到了美國(guó)空軍科學(xué)研究辦公室的部分支持，部分工作在納米級(jí)系統(tǒng)中心進(jìn)行，該中心是美國(guó)國(guó)家納米技術(shù)協(xié)調(diào)基礎(chǔ)設(shè)施的成員，由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)支持。

轉(zhuǎn)載自哈佛官網(wǎng)