微小的光学元件总有一天会取代传统的折射透镜。

微小的光学元件总有一天会取代传统的折射透镜。

西北大学的一个研究小组已经从金属纳米粒子和聚合物中开发出微小的光学元件,有一天可以取代传统的折射透镜,实现便携式成像系统和光电设备。

这种扁平的多功能镜片是金属镜片的一种,其厚度比人类头发的宽度小100倍。

领导这项研究的TeriW.Odom说:“这种小型化和与探测器的集成为从小型广角摄像机到微型内窥镜的设备提供了高分辨率成像的前景。”她是温伯格文理学院的查尔斯E.和艾玛H.莫里森化学教授,化学系主任。

金属系的性质取决于纳米尺度单元的合理设计布局。金属透镜已成为平板透镜的一个吸引人的选择,但目前受到其静态、预制性能以及复杂和昂贵制造的限制。

然而,对于像变焦和对焦这样的成像操作,大多数金属系不能在没有物理运动的情况下调整它们的焦点。奥多姆说,一个主要的原因是这些透镜的组成部分是由坚硬的材料制成的,一旦制造出来就不能改变形状。在任何材料系统中,都很难根据需要调整纳米尺寸的特征,以获得金属系中的可调谐聚焦。

“在这项研究中,我们展示了一种基于银纳米粒子制成的完全可重构金属的多功能成像平台,”西北大学国际纳米技术研究所(International Institute for Nanotechnology)成员奥多姆(Odom)说。“在一次成像过程中,我们的metalens设备可以从单焦点镜头演变为多焦点镜头,在任何可编程的3D位置都可以形成多个图像。”

这篇题为“用于完全可重构成像的晶格共振金属系”的论文最近由ACSNano杂志发表。

西北大学的研究小组用一组圆柱形的银纳米粒子和一层聚合物在金属阵列的顶部制成透镜。通过简单地控制聚合物图案的排列,纳米颗粒阵列可以将可见光直接照射到任何目标焦点,而无需改变纳米颗粒的结构。

这种可扩展的方法可以在擦除和写入的一个步骤中生成不同的透镜结构,在多次擦除和写入循环后,纳米级特征不会明显退化。使用由弹性体制成的软掩模将任何预成型的聚合物图案重塑成任何理想图案的技术。

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