突破性的镜头为虚拟和增强现实开辟了新的可能性

Metalenses-使用纳米结构聚焦光线的平坦表面-已经承诺通过用简单，平坦的表面取代目前光学设备中使用的笨重的弯曲透镜来彻底改变光学技术，但以前超透镜在它们可以很好地聚焦的光谱方面受到限制。现在，哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的一组研究人员开发了第一个单透镜，可以将整个可见光谱（包括白光）聚焦在同一位置和高分辨率，这是以前只有通过堆叠多个传统透镜才能实现的壮举。

该研究发表在Nature Nanotechnology上。

聚焦整个可见光谱和白光（光谱的所有颜色）是如此具有挑战性，因为每个波长都以不同的速度穿过材料。例如，红色波长在玻璃中的移动速度比蓝色快，因此两种颜色将在不同的时间到达相同的位置，从而导致不同的焦点。这会产生称为色差的图像失真。

相机和光学仪器使用不同厚度和材料的多个弯曲镜头来校正这些像差，这当然会增加设备的体积。

“Metalenses比传统镜头更有优势，”Robert L. Wallace应用物理学教授，SEAS电气工程高级研究员Vinton Hayes，该研究的资深作者Federico Capasso说。“超薄、易于制造且具有成本效益。这一突破将这些优势扩展到整个可见光范围。这是下一个重要步骤。

哈佛大学技术开发办公室（OTD）已经保护了与该项目相关的知识产权，并正在探索商业化机会。

Capasso和他的团队开发的超透镜使用二氧化钛纳米鳍阵列来均匀聚焦波长的光并消除色差。先前的研究表明，通过优化纳米鳍片的形状，宽度，距离和高度，可以聚焦不同波长的光，但距离不同。在这种最新的设计中，研究人员创建了配对纳米鳍的单位，可以同时控制不同波长光的速度。配对的纳米鳍片还控制元表面上的折射率，并进行调整以导致通过不同鳍片的光具有不同的时间延迟，从而确保所有波长同时到达焦点。

“设计消色差宽带透镜的最大挑战之一是确保来自超透镜所有不同点的输出波长同时到达焦点，”SEAS博士后研究员，该论文的第一作者Wei-Ting Chen说。“通过将两种纳米鳍结合成一个元素，我们可以调整纳米结构材料中的光速，以确保可见光中的所有波长都聚焦在同一点上，使用单个超透镜。与复合标准消色差透镜相比，这大大降低了厚度和设计复杂性。

“使用我们的消色差透镜，我们能够执行高质量的白光成像。这使我们更接近将它们整合到相机等常见光学设备中的目标，“该研究的合着者Alexander Zhu说。

接下来，研究人员的目标是将镜片放大到直径约1厘米。这将开辟一系列新的可能性，例如虚拟和增强现实中的应用。

其他合著者包括Vyshakh Sanjeev，Mohammadreza Khorasaninejad，Zhujun Shi和Eric Lee。

这得到了美国空军科学研究办公室的部分支持，部分工作在纳米级系统中心进行，该中心是美国国家纳米技术协调基础设施的成员，由美国国家科学基金会支持。

转载自哈佛官网