改善金属元素的新型液晶镜头

超材料折射光

500多年来，人类已经掌握了通过将玻璃成型为透镜，然后弯曲或组合这些透镜以放大和阐明近距和远距图像的方式来折射光的技术。

但是在过去的十年左右的时间里，哈佛大学的科学家费德里科·卡帕索（Federico Capasso）领导的一个小组已经开始通过设计平面光学超表面来改变光学领域，并利用数百万个细微的，薄而透明的石英细柱来衍射和模制玻璃。光线的流动方式与玻璃镜片大致相同，但没有自然限制玻璃的像差。

该技术被2019年世界经济论坛(WEF)选为十大新兴技术之一，该论坛指出，这些越来越小、更清晰的镜头将很快开始出现在照相电话、传感器、光纤线路和内窥镜等医疗成像设备上。

世界经济论坛表示:“传统玻璃切割和玻璃弯曲技术已经无法将手机、电脑和其他电子设备所用的镜片做得更小。”“这些小而薄的平板镜片可以取代现有笨重的玻璃镜片，并使传感器和医疗成像设备进一步小型化。”

可重构的超材料

现在，凯斯西储大学的物理学教授朱塞佩·斯特朗伊（Giuseppe Strangi）和哈佛大学的合作者已经迈出了一步，通过使它们“可重构”，使它们变得更加有用。

金属阵列

Strangi说，他们通过利用纳米力使这些微细柱子之间的液晶渗透，从而使它们以全新的方式对光进行成形和衍射，从而“调节”聚焦力来做到这一点。

液晶特别有用，因为可以对其进行热，电，磁或光学操作，从而为柔性或可重新配置的镜片创造了潜力。

“我们相信，这将带来光学领域的革命性变革，就像我们从16世纪就知道的那样，”Strangi说，他在凯斯西储大学的纳米实验室研究“极端光学”和“纳米级光与物质的相互作用”等问题。

Strangi说，直到最近，一旦玻璃镜片成形为刚性曲线，它就只能以一种方式弯曲光线，除非与其他镜片组合或物理移动。

超材料改变了这一点，因为它们允许通过控制光的相位，幅度和偏振来设计波前。

现在，通过控制液晶，研究人员已经能够将这些新型的金属传感器向新的科学技术方向发展，以产生可重构的结构光。

Strangi说:“这只是第一步，但使用这种镜片的可能性还有很多，已经有对这项技术感兴趣的公司与我们接洽。”

宣布这一突破的论文发表在8月初的《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences)上。

Strangi与美国和欧洲的其他几位研究人员合作，包括Case Western Reserve的研究人员Andrew Lininger和Jonathan Boyd。意大利德拉卡拉布里亚大学的Giovanna Palermo；哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院的Capasso，Alexander Zhu和Joon-Suh Park。

Lininger说，当前应用的超表面的部分问题在于它们的形状在生产时是固定的，但是“通过在超表面中启用可重构性，可以克服这些限制。”

卡帕索是平面光学研究领域的先驱，并于2014年首次发表了有关金属感的研究，他赞扬Strangi借助液晶渗透金属感的想法，并表示这项创新代表了迈向更大领域的一步。

“我们能够重现性地渗透由超过1.5亿纳米直径的玻璃柱组成的最先进的液晶的金属感，并显着改变其聚焦特性的能力，这是我期望可重构平面光学器件中令人兴奋的科学技术的预兆将来，”卡帕索说。