研究人员开发出比人的头发细一千倍的平面透镜

该镜头可实现具有宽视场的高分辨率图像。它可以用作智能手机的相机镜头，也可以用于其他依赖传感器的设备(使用超构透镜获得的高分辨率广角自拍照)。图片来源: Augusto Martins/USP

巴西圣保罗大学圣保罗卡洛斯工程学院(EESC-USP)的研究人员研制出一种比人的头发丝还要细一千倍的透镜。它可以作为智能手机的相机镜头，也可以用于其他依赖传感器的设备。

“在目前的技术环境下，它的应用几乎是无限的，” EESC-USP电子工程与计算系的教授，论文的通讯作者埃米利亚诺•雷森德•马丁斯(Emiliano Rezende Martins)告诉法国法皮尤通讯社(Agencia FAPESP)。这篇论文的题目是“On Metalenses with Arbitrarily Wide Field of View”，发表在ACS光子学杂志上。该研究得到了FAPESP的资助，通过向博士候选人、论文第一作者奥古斯托•马丁斯(Augusto Martins)提供海外研究实习奖学金。

这种透镜被称为超构透镜(metalens),由与光相互作用的纳米柱阵列上的单个纳米硅层组成。通过光刻制备透镜结构，而光刻是用于制造晶体管的众所周知的技术。超构透镜在十年前首次被提出来，利用一种被称为超构表面的超薄波导阵列，使光线通过透镜时发生弯曲，从而达到物理上可行的最高分辨率。据Rezende Martins所说，超构透镜长期以来都面临着视场角极小(小于1°)的问题。他说，解决这个问题的一种方法是将超构透镜组合，形成复杂的结构。

对于传统的折射透镜，增大折射率会增加视场角，透镜的平坦度也成比例增加，正是基于这种认识,作者模仿具有无限大折射率的完全平坦的透镜设计这款超构透镜，这是传统透镜达不到的。

Rezende Martins说：“我们的镜头具有任意的视场，理想情况下可以达到180°而不产生图像失真。”“我们已经在110°的角度测试了它的有效性。在更宽的视角下，由于阴影效应，光能会降低，但这可以通过后处理进行校正。”

超构透镜的组合不能实现超分辨，但获得的分辨率可以满足所有常规应用。Martins用3D打印相机测试了这些超构透镜，获得了宽视场的高分辨率图像。他说:“到目前为止，我们只成功地拍摄了绿色的照片，但在未来的几个月里，我们将升级镜头，让所有颜色都可以拍摄。”