揭秘|从超构表面到超构透镜，揭秘镜头的变革之路！( 四 ) 表面|光学|揭秘|透镜|变革|镜头

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图3 超构透镜设计和制造原理
图源：science (2016) 352 (6290): 1190–1194 ( Fig.1, Fig.S1 )
亚波长分辨成像一般需要高数值孔径（NA）镜头，但这种镜头又大又贵。而超构表面允许将常规折射光学器件小型化为平面结构，因此高纵横比的二氧化钛亚表面可以被设计和制造为NA = 0.8的超构透镜。
Capasso研究团队在405、532和660nm的波长处证明了衍射极限的聚焦，相应的效率为86％，73％和66％。
超构透镜可以分辨被亚波长距离分隔的纳米级特征，并提供高达170倍的放大倍率，其图像质量可与最先进的商业目标相媲美，此外超构透镜还可以广泛应用于基于激光的显微镜、成像和光谱学。

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图4 超透镜与Niko镜头可见光衍射极限对比及成像
图源：science (2016) 352 (6290): 1190–1194 ( Fig.2, Fig.4 )
同年，该技术被science评为2016年度十大重大科技突破之一。并被这样评论道：“玻璃透镜是人类最早期的高科技发明之一。它们让伽利略能够看得到木星的卫星，让列文虎克观察微生物，让数以百万计的人可以更清楚地看这个世界。但今天的透镜还在以与几个世纪之前同样的粗糙方式在生产，通过打磨和抛光玻璃以及其他透明材料使其聚光且不产生色差。现在，透镜技术正在向前迈进一大步。研究人员利用计算机芯片—模式技术制作了首批超级材料透镜或超构透镜，它们能够聚焦整个可见光光谱。因为超构透镜制造价格低廉，比纸更薄，而且比玻璃轻得多，它们将为从显微镜到虚拟设备、相机（包括智能手机的相机镜头）等领域带来一场革命。”
2018年 | 无色差超构透镜进军AR/VR领域

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图源：三星 VR
虽然现代AR和VR头显设备在体积和重量上都有所减小，但由于光学技术原因又使得这项工作变得困难。头显所用的镜片需要聚焦整个可见光谱和白光，但每个光的波长不一样，于是这个问题就变得棘手。
哈佛大学研究人员John A. Paulson认为他们已经找到了解决这一难题的办法，即使用超构透镜并首次被发现能够处理整个可见光范围。
不过，在2016年时，这项技术还有一个巨大的，也是最难的挑战。那就是修正色度色散——不同波长的光集中在不同距离的镜头的现象，也就是可以将不同的光集中在一起，却可以不在一样的距离。为此，研究人员在metasurfaces的基础上，优化了纳米柱的形状、宽度、距离和高度。
研究团队使用二氧化钛创造的纳米级的平滑和高宽比纳米结构构成了该超构透镜的心脏。并以此设计了2D纳米级金属天线阵列——超构表面利用平面上无数的小光学元件达到折射的目的。