澳大利亚国立大学开发多层超透镜技术推动微型光学器件发展
2025-09-10 15:34
来源:ARC 变革性元光学系统卓越中心
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澳大利亚国立大学与德国耶拿弗里德里希·席勒大学的研究团队合作开发出一种新型多层超透镜制造技术,该技术有望推动手机和无人机等便携式设备微型光学器件的发展。相关研究成果发表于《光学快报》。惠更斯多层超透镜设计的艺术渲染图

该设计采用多层超材料结构,能够同时对非偏振光源和大直径范围内的多种波长实现聚焦,克服了传统超透镜在带宽和数值孔径方面的限制。研究第一作者Joshua Jordaan表示:"我们的设计有很多优秀的特点,使其适用于实际设备。它易于制造,因为它的纵横比很低,而且每一层都可以单独制造,然后封装在一起。"

研究团队最初尝试使用单层超表面聚焦多波长光线,但发现存在物理极限。Jordaan解释道:"单层超表面所能达到的最大群延迟具有物理限制,这为数值孔径、物理直径和工作带宽的乘积设定了上限。"通过转向多层超透镜设计,并结合逆向设计算法,团队成功开发出对偏振不敏感且具有更高制造容差的超透镜结构。

这种超透镜的厚度仅为头发丝的几分之一,比传统光学透镜更轻薄。优化程序生成了包含圆角方形、四叶草和螺旋桨等特殊形状的超材料元件库,这些尺寸在300纳米至1000纳米之间的微结构能够实现完整的相移调控。该技术目前最多支持五种不同波长的处理,为制造轻量化成像系统提供了新的可能性。

更多信息: Joshua Jordaan 等人,《多层惠更斯超表面设计:用于大面积多波长和偏振不敏感超透镜》,《光学快报》(2025 年)。期刊信息: Optics Express

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