微小的光学元件可以取代传统的折射镜片

西北大学的一个研究团队开发了金属纳米粒子和聚合物的微小光学元件，有朝一日可以取代传统的折射镜片，实现便携式成像系统和光电器件。

平面和多功能镜片，一种metalens，厚度比人类头发的宽度小100倍。

“这种小型化和与探测器的集成为从小型广角相机到微型内窥镜等设备的高分辨率成像提供了希望，”领导该研究的Teri W. Odom说。她是温伯格艺术与科学学院的Charles E.和Emma H. Morrison化学教授，也是化学系的主席。

metalenses的性质取决于合理设计的纳米级单位排列。Metalenses已经成为平面镜片的一个有吸引力的选择，但目前受限于它们的静态，制造的特性及其复杂和昂贵的制造。

然而，对于诸如变焦和聚焦的成像操作，大多数的metalenses在没有物理运动的情况下不能调整它们的焦点。奥多姆说，一个主要原因是这些镜片的构件是由硬质材料制成，一旦制成就不能改变形状。在任何材料系统中都难以根据需要调整纳米级尺寸的特征以获得在透镜中的可调聚焦。

“在这项研究中，我们展示了一种多功能成像平台，该平台基于由银纳米粒子制成的完全可重新配置的元透镜，”西北大学国际纳米技术研究所的成员奥多姆说。“在单次成像过程中，我们的metalens设备可以从单焦点镜头演变为多焦点镜头，可以在任何可编程的3D位置形成多个图像。”

这篇题为“完全可重构成像的格子共振Metalenses”的论文最近由ACS Nano杂志发表。

西北大学的团队用一系列圆柱形银纳米粒子和一层聚合物构建了他们的镜片，这些聚合物在金属阵列顶部形成块状。通过简单地控制聚合物图案的排列，纳米颗粒阵列可以将可见光引导到任何目标焦点，而无需改变纳米颗粒结构。

这种可扩展的方法使得能够在擦除和写入的一个步骤中制造不同的透镜结构，在多次擦除和写入循环之后纳米级特征没有明显的降级。使用由弹性体制成的软掩模可以将任何预先形成的聚合物图案重塑成任何所需图案的技术。

该研究得到了国防部Vannevar Bush教员奖学金(补助金编号N00014-17-1-3023)和空军研究实验室(协议编号FA8650-15-2-5518)的支持。

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