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超表面技术取得突破 镜头或将更轻薄,成本更低

发布时间:2020-06-22 发布者:亚时财经

光学领域时刻都在不断革新,通过先进的小型计算机芯片和传感器等电子组件,手机的摄像头已然可以与单反相机媲美,这些都要归功于更小且更有效的电子元件。但相机镜头本身的变化却很小。然而科学家们没有止步,在过去的十年中,他们开始研究可以带来镜头革新的超表面技术。不过受到工艺流程的限制,超表面难以推广,但近日有团队研究出更简便的制造工艺,使量产成为可能。


(图源:Capasso 实验室 / Harvard SEAS


据麦姆斯咨询报道,瑞典查尔姆斯理工大学的研究项目现已开发出一种新方法来制造相位梯度(phase-gradient)超表面,旨在减少加工时间和所涉及的安全隐患。相关论文发表在国际纳米光子学期刊《ACSPhotonics》上。

 

该项目研究人员是基于一种塑料制造此类平面表面的新技术的,该塑料已用于制造其他微结构。此技术或将使得未来相机镜头将变薄数千倍,而且制造所需的资源密集度明显降低。查尔姆斯理工大学物理系博士生、这篇论文的第一作者Daniel Andrén称,“最终生成的装置可以像普通相机镜头一样聚焦光线,但是其厚度要薄数千倍,而且也可以是柔性的。”

 

有别于此前超表面制造的复杂工艺,该团队称他们研发的是一种易用、可扩展且基于无害化学物质,并且经济有效的替代材料平台和制造方法。其中包括将所选的聚合物负性光刻胶材料旋涂到玻璃板上,然后通过单次电子束光刻曝光对其进行图形化,以在表面生成高深宽比的纳米鳍(nanofin)结构,从而可以产生超表面材料的行为。

 

这项新方案还通过电子束光刻技术进行负性光刻胶材料的图形化。这意味着宏观尺寸的超表面透镜可以在几个小时内制作完成,这比任何现有的基于EBL的方法都快得多。并且制造出来的超表面还可以制作成柔性元件。

 

为了检验新方法,该研究团队在实验室利用一个下午就制造出直径为1厘米的凸透镜,该透镜由超过6亿个独立的纳米级元件组成。然后,在直径为400微米的物体上进行的成像试验表明,所得的图像清楚地显示了目标物体的最佳细节。并且该制造方法与柔性塑料支架和作为衬底的金属镜都兼容。

 

这也进一步证明此方法工艺简便,并且效果未有折扣,为量产打下基础。研究人员Ruggero Verre说,“我们的方法可能是迈向大规模生产超表面的重要一步,这是我们今天正在努力的目标。超表面可以帮助我们创造不同的效果并提供各种技术可能性。”

 

查尔姆斯理工大学研究人员的新方法,与目前最先进的技术相比,生产率可以提高数倍。这项新技术使用如今在纳米制造实验室中已经很普遍的机器,意味着现在更多的研究人员能够开始研究超表面。

 

资料显示,超表面是指一种厚度小于波长的人工层状材料,可以通过亚波长的微结构来调控电磁波的偏振、相位、振幅、频率等特性,是一种结合了光学与纳米科技的新兴技术。可以变成超薄的超透镜(Metalens),应用于便携式电子产品、传感器、相机或者太空卫星等。

 

责任编辑:Carrick

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