氧化石墨烯金属透镜可生成超分辨光学针和多焦点阵列

2021-4-21 09:17| 发布者: vantsing| 查看: 2670| 评论: 0

摘要: Fig.1 GO (氧化石墨烯)金属透镜示意图及其表征。（a）GO金属透镜生成的光学针示意图。（b）GO金属透镜生成四个轴向聚焦点的示意图。（c）GO金属透镜的光学成像图，通过放大倍率为×20，数值孔径NA=0.5的光学显微镜拍 ...

Fig.1 GO (氧化石墨烯)金属透镜示意图及其表征。

（a）GO金属透镜生成的光学针示意图。

（b）GO金属透镜生成四个轴向聚焦点的示意图。

（c）GO金属透镜的光学成像图，通过放大倍率为×20，数值孔径NA=0.5的光学显微镜拍摄，如图所示的比例尺为50um.

在《光电子学进展》的新出版物中，由澳大利亚维多利亚州斯威本科技大学的贾保华教授，新加坡国立大学的邱成伟教授和新加坡国立北京大学的天岚教授领导的研究人员认为石墨烯氧化金属透镜可产生超分辨率光学针以及多聚焦点阵列。

超薄和轻巧的金属透镜在光子芯片，生物传感器和微成像系统（如智能手机镜头）中的使用正变得越来越重要。

与传统镜头相比，金属透镜可通过提高分辨率并消除球差和色差来改善当前镜头的成像质量。可以使用单个超薄（小于人发丝厚度的1/100）的金属透镜来代替传统透镜所需的多元素成像系统。由于在受限的2D平面中具有独特的光-物质相互作用，因此2D材料非常适合与金属透镜一起使用，从而进一步减小了所需的透镜厚度。2D石墨烯族材料（例如氧化石墨烯）是稳定的，具有许多应用且成本低廉且易于大规模制造。他们在极端的环境中仍能保持稳定性，比如在航天航空系统中较低的地球轨道，因此有可能在人造卫星中取代现有的笨重镜头，提高成像质量并降低发射成本。

Fig.2(a)玻璃基板上的石墨烯氧化物金属透镜示意图，总厚度为200nm.当飞秒激光在RGO区域减少时，其吸收和折射率将增加当RGO厚度的减小到100nm时。从分别计算

（b）轴向多焦点GO镀层和

（c）光学针GO镀层的聚焦特性的理论计算得出的x-z平面中的归一化强度分布。

本文的作者开发了厚度为200 nm的氧化石墨烯金属透镜，以产生特定的聚焦强度分布。

氧化石墨烯具有控制光的能力同时显示振幅（即镜片的透光度）和相位（镜片的折射率和厚度）。这与其他金属透镜不同，其他金属透镜通过多步纳米加工或多级纳米元素引入调制。氧化石墨烯透镜的调制是通过激光还原过程局部引入的，该过程将氧化石墨烯转化为石墨烯材料。在还原过程中，材料变薄并且具有较高的折射率和吸收率。基于同时进行的相位和幅度调制，作者展示了通过创建超分辨超长光学针和轴向多焦点阵列对焦点强度分布的精确控制，这对于其他金属传感器而言极具挑战性。氧化石墨烯金属透镜将在集成的光子学和紧凑的光子系统中找到广泛的应用，包括显微成像，光学操纵和光子芯片，并且可以集成在微流控芯片上以形成片上实验室生物光子器件。该研究为石墨烯为基材的超薄型可集成的光子器件的发展奠定了基础，为更广泛的应用铺平了道路，例如更换当前的手机摄像头镜头可能会减小当前手机的厚度。