揭秘|从超构表面到超构透镜，揭秘镜头的变革之路！( 七 ) 表面|光学|揭秘|透镜|变革|镜头

Strangi表示：“从16世纪开始我们就知道这项技术，我们相信它有望革新光学。到目前为止，一旦玻璃透镜被塑造成刚性曲面，就只能以一种方式弯曲光线，除非与其他透镜组合或者通过物理方式移动它。”
超构透镜改变了这一点，因为它允许通过控制光线的相位、幅度和偏振来设计波阵面。
然而，大多数工程化的超构表面具有规定的几何形状，该几何形状已设计成可实现单个功能即没有可修改的光学响应，缺乏对其光学特性的动态控制，并且限于无源光学元件。这对可能需要不同光学响应的潜在应用构成了障碍。通过施加外部刺激来实现光学材料可重构性的机会一直是光子学的长期目标。
第一作者Lininger表示：“超构表面目前应用所面临的一部分问题是，它们的形状在生产环节就已经固定，但是“通过实现超构表面的可重构性，可以突破这些限制。””
近年来，已经进行了许多尝试来设计可重配置系统，包括机械方法、热方法和基于外部电压的方法。

文章插图
Giuseppe Strangi 在观察超透镜阵列
图源：Case Western Reserve University
研究人员通过控制液晶liquid crystals(LCs)，让这些新型超构透镜向着新的科技方向发展，以产生可重构的结构光。LCs在外部刺激（例如电场、磁场、温度、应变等）下会经历导致LCs折射率变化的分子重新定向从而表现出刺激响应。
该研究采用传统的夹层LC单元制造可重构光学器件，其中两块板之一涂有超表面。与涉及体积较大的LC单元的这些实现相反，这项工作中利用金属元素的润湿特性，以光学活性双折射和粘弹性LCs代替平面纳米结构之间的空气。
这种实现方式允许控制金属层中的相位和幅度分布，从而限制了铺设在超构表面上方的厚LCs平板不可避免的光学变化。通过利用浸润的LCs光学特性，可以显著改变透射场，并进一步控制。
如图6所示，团队发现了向列型液晶在纳米结构二氧化硅金属平面的非平凡浸润。他们通过利用纳米力使液晶在这些微柱之间浸润，从而使微柱以全新的方式塑造和衍射光线，即通过“调节”聚焦力来做到这一点。

文章插图
图6 金属超表面液晶浸润现象
图源：PNAS (2020) 117:34, 20390-20396 (Fig.1, Fig. 2)
进一步地，研究团队证明了浸润后金属元素光学响应的可测量变化。由于可以通过外部刺激来控制液晶的依赖于取向的光学特性，因此该技术可以潜在地实现金属元素光学响应的动态控制（图7）。

文章插图