超材料透鏡將徹底顛覆相機(jī)鏡頭

超材料（Metamaterial）是光子晶體研究中的最尖端科技項(xiàng)目之一。不久前，《科學(xué)》雜志發(fā)表了一篇來(lái)自哈佛大學(xué)相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)的論文，其中所述研究成果證明，他們所研發(fā)出來(lái)的超材料將徹底顛覆我們所熟知的鏡頭鏡片。

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光波在通過(guò)超材料鏡片（圖上）與普通光學(xué)鏡片時(shí)的聚光示意圖。

據(jù)悉，哈佛大學(xué)的這支研究團(tuán)隊(duì)利用高度約為600納米的二氧化鈦“納米磚”，造出了一塊完全“平整”，薄如紙片的“聚光鏡片”。這塊超材料鏡片的有效放大倍率高達(dá)170倍，并且具備優(yōu)異的成像分辨率。試驗(yàn)階段的超材料鏡片已能與常規(guī)光學(xué)玻璃透鏡的分辨率媲美。

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光線(xiàn)通過(guò)時(shí)的納米結(jié)構(gòu)狀態(tài)，該結(jié)構(gòu)也可以用撲克牌來(lái)模擬。

那這個(gè)超材料鏡片是怎么回事呢？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它就是一“張”使用納米磚堆砌排列得異常規(guī)整，且具備負(fù)折射率的納米結(jié)構(gòu)鏡片。由于這些納米結(jié)構(gòu)的尺寸小于光的波長(zhǎng)，所以它可以借由改變自身的形狀、大小和排列方式，或阻斷、或吸收、或增強(qiáng)、或折射經(jīng)過(guò)期間的光子，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)我們所熟知的光的“聚焦”。

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應(yīng)用超材料鏡片的鏡頭造價(jià)比傳統(tǒng)玻璃鏡頭要便宜得多，并且它還能夠完全兼容硅芯片技術(shù)。一旦研究人員能夠利用這種金屬鏡頭將整個(gè)可見(jiàn)光譜整合到相同焦距之下，它們就能被放入智能手機(jī)、顯微鏡、DSLR或其他成像設(shè)備中使用。

但是，由于目前的超材料鏡片對(duì)通過(guò)廣播的波長(zhǎng)很“挑剔”，例如在紅光中能聚焦的超材料鏡片，在綠光中可能就無(wú)法聚焦，所以目前它還無(wú)法像普通光學(xué)玻璃那樣應(yīng)用在光學(xué)鏡片領(lǐng)域（如相機(jī)、手機(jī)的鏡頭），只能在使用激光等波長(zhǎng)單一的電磁波的儀器中使用。不過(guò)，哈佛大學(xué)的這支研究團(tuán)隊(duì)也表示，他們正在嘗試克服復(fù)合波長(zhǎng)的光波在超材料鏡片中通過(guò)的難題，一旦攻克難關(guān)，那將給我們所熟知的光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域帶來(lái)顛覆性的變化。舉例來(lái)說(shuō)，應(yīng)用超材料鏡片的相機(jī)鏡頭可能會(huì)變得像紙片那么薄，并且不再存在“凸鏡”天生的畸變和邊緣成像衰減問(wèn)題。

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放大后就能看到，約600納米高的二氧化鈦納米磚塊“堆砌”而成的超材料鏡片，通過(guò)不同的排列方式控制光波的通過(guò)狀態(tài)。這與傳統(tǒng)光學(xué)鏡片是有本質(zhì)區(qū)別的。這種結(jié)構(gòu)也讓它成本更低。