這個扁平的超透鏡是首個可以在同一點上以高分辨率聚焦整個可見光譜(包括白光)的單一透鏡。它使用了二氧化鈦納米薄膜組來平均聚焦光的波長并消除色差。
超透鏡的扁平表面使用納米結構聚光，承諾用簡單和扁平的表面來取代目前光學器件中使用的龐大彎曲透鏡并引發一場光學革命。但是，這些超透鏡仍然在他們可以集中的光譜方面有所局限?，F在，哈佛大學John A. Paulson工程與應用科學學院(SEAS)的一個研究小組開發出了首個單一透鏡，它可以將整個可見光譜(包括白光)以高分辨率聚焦在同一個點上。這在傳統透鏡中只能通過疊加來實現。
這項研究發表于Nature Nanotechnology。
聚焦整個可見光譜和白光(所有光譜顏色的組合)非常具有挑戰性，因為每個波長都會以不同的速度穿過材料。例如，紅色波長在通過玻璃時比藍色的更快，所以兩種顏色將不能同時到達相同的位置，這種差異導致了焦點不同，并產生了被稱為色差的圖像失真。
相機和光學儀器使用了不同厚度和材料的多個曲面透鏡來校正這些色差，當然這也加大了設備的體積。
Federico Capasso是該研究的高級作者，同時也是Robert L. Wallace教授帶領的應用物理和SEAS Vinton Hayes高級電氣工程研究團隊中的一員，他說：“超透鏡要優于傳統透鏡。超透鏡較薄，易于制造且成本效益高。該突破將這些優勢擴展到了整個可見光領域。這是下一個大的進展。
哈佛大學技術開發辦公室(OTD)已經保護了與這個項目有關的知識產權，并且正在尋求將其商業化的機會。
Capasso和他的團隊開發的超透鏡試用了二氧化鈦納米薄膜組來平均聚焦光的波長并消除色差。之前的研究表明，通過優化納米薄膜的形狀、寬度、距離和高度，不同波長的光可以在不同的距離處得到聚焦。在這個最新的設計中，研究人員創造了成對的納米薄膜單位，可以同時控制不同波長的光的速度。成對的納米薄膜控制著超表面上的折射率，并且為穿過不同薄膜的光調整出不同程度的延遲，從而確保所有波長同時到達焦點。
“在設計無色差的寬波段透鏡時，最大的挑戰之一就是要確保超透鏡各點輸出的波長同時到達焦點，”SEAS的博士后研究員，也是該論文的第一作者Wei Ting Chen說。“通過將兩個納米薄膜結合為一個元件，我們可以調整納米結構材料中的光速，以確保使用一個單一的超透鏡就可以將可見光中的所有波長都聚焦在同一個點上，相對于復合的標準消色差透鏡來說，這大大減少了透鏡的厚度和設計的復雜度。”
這項研究的共同作者之一Alexander Zhu說：“使用我們的消色差透鏡，我們可以進行高質量的白光成像，這使我們向將它們整合到相機等常見光學設備中的目標又邁進了一步。”
接下來，研究人員的目標是把鏡頭直徑放大到1厘米左右。這將引出一系列新的可能性，例如在虛擬和增強現實中的應用。
這篇論文由Vyshakh Sanjeev、Mohammadreza Khorasaninejad、Zhujun Shi和Eric Lee合著。它得到了空軍科學研究辦公室的部分支持。這項工作的一部分將在納米系統中心(CNS)進行，該中心是國家納米技術協調基礎設施(NNCI)的成員，受到了國家科學基金會的支持。
