近日，來自哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的科學(xué)家團(tuán)隊開發(fā)出了首個可以聚焦整個可見光光譜(包括白光)的單鏡頭，該鏡頭能將光線聚焦到同一個點，并可以達(dá)到高分辨率。在傳統(tǒng)的鏡頭中，只有疊加多個鏡頭才能實現(xiàn)這種效果。
背景
超穎材料(metamaterial)，又稱為超材料，是指通過人工設(shè)計結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，具有天然材料無法具備的超常物理特性的復(fù)合材料。例如，超材料可以操縱光、聲、熱的波 ，實現(xiàn)傳統(tǒng)材料無法實現(xiàn)的功能。典型的超材料有:左手材料、光子晶體、超磁性材料 、金屬水等。超材料呈現(xiàn)出的超常物理特性包括:負(fù)磁導(dǎo)率、負(fù)介電常數(shù)、負(fù)折射率等等。
作為一項具有顛覆性意義的尖端前沿技術(shù)，超材料的應(yīng)用領(lǐng)域包括:光纖、醫(yī)療設(shè)備、航空航天、傳感器、基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控、智能太陽能管理、雷達(dá)罩、雷達(dá)天線、聲學(xué)隱身技術(shù)、廢熱利用、太赫茲、微電子、吸波材料、全息技術(shù)等等。
2011年左右，科學(xué)家開始進(jìn)一步研究超表面。超表面(metasurface)是由具有特殊電磁屬性的人工原子按照一定的排列方式組成的二維平面結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)對入射光的振幅，相位，偏振等靈活的調(diào)控，具有強大的光場操控能力，因此受到人們的廣泛關(guān)注，并逐漸成為一個熱門研究方向。
例如，利用超表面控制光線的傳播方向，將產(chǎn)生一種有趣的物理現(xiàn)象:令人難以置信的“隱形斗篷效果”，光波會繞過物體，就像流水繞過石頭一樣。
因為超表面強大的光場操控能力，同時又是一種極薄的超材料，因此它可以制作成超薄的平面超透鏡(Metalenses)。
為了讓使大家容易理解超透鏡，我們先從普通的數(shù)碼相機的鏡頭說起。普通鏡頭一般是由一組獨立的透鏡構(gòu)成，它們沿著一條共同的軸排列。這么多不同形狀和尺寸的透鏡組合，目的就是為了減少像差，形成無視覺缺陷、完整而清晰的圖像。但是，這樣導(dǎo)致鏡頭透鏡的數(shù)目變多了，鏡頭的厚度也增加了。
然而，超透鏡最大優(yōu)點就是輕薄和小型化，其厚度是納米級的。此外，超透鏡的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)透鏡，一片超透鏡就可以取代相機中的透鏡組，兩三片超透鏡就可以實現(xiàn)可辨識焦距的鏡頭。因此，超透鏡有望徹底顛覆傳統(tǒng)光學(xué)設(shè)備中使用的笨重、繁瑣的鏡頭組，采用一個簡單的平面鏡頭取而代之，使得手機、相機 、監(jiān)控攝像頭都變得很小，甚至薄如一張紙。
