环球创新智慧|制造“超表面”的新技术：未来相机镜头将变薄数千倍！
导读
据瑞典查尔姆斯理工大学官网近日报道 ， 该校研究人员展示了一项用于制造“超表面”的新技术 。 未来 ， 相机镜头将变薄数千倍 ， 而且制造所需的资源密集度明显降低 。
背景
过去十年 ， 光学领域发生了一场革命 。 我们口袋中手机的摄像头已经能与数码单反相机媲美 ， 分辨率达到数百万像素 。 它们使用先进的小型计算机芯片和软件处理光线 ， 并借助小型彩色LED重新构建图像 。 近年来 ， 这些技术发展得非常迅速 ， 这主要归功于更小、更有效的电路元件 。
文章图片
（图片来源：苹果公司）
但是 ， 相机镜头本身并没有太大变化 。 如今大多数镜头都是基于相同的物理原理 ， 并具有与16世纪发明的第一批原型相同的基本局限性 。 然而 ， 在过去十年中 ， 研究人员开始研究可以替代当今镜头的人造材料（超材料） 。
文章图片
由超材料制成的无需半导体的微电子器件 。 （图片来源：加州大学圣地亚哥分校应用电磁学小组）
超材料（Metamaterial） ， 是指一类由人工设计实现 ， 具备天然材料所没有的超常物理特性（例如负磁导率、负介电常数、负折射率等）的复合材料 。 超材料应用领域非常广阔 ， 包括光纤、医疗、航空航天、传感器、雷达罩、雷达天线、声学隐身技术、废热利用、太赫兹、微电子、吸波材料、全息技术等 。
文章图片
图片展示了具有十字形开口的超材料 ， 它可以改变太赫兹光束的角度 。 （图片来源：加州大学洛杉矶分校）
“超材料”的薄层能构成超表面（Metasurface） 。 超表面可对入射光的振幅、相位、偏振等进行灵活的调控 ， 具有强大的光场操控能力 。 超表面可以变成超薄的超透镜（Metalens） ， 应用于便携式电子产品、传感器、相机或者太空卫星等 。
文章图片
大面积自适应超透镜（图片来源：Capasso实验室/HarvardSEAS）
超透镜轻薄小巧 ， 功能大大超越传统透镜 。 作为光学领域的一项革命性技术 ， 它有望彻底颠覆传统光学系统中繁琐的透镜组 ， 使得手机、相机、监控摄像头等产品变得更小、更轻、更薄 。
文章图片
韩国与英国科学家开发的信用卡厚度的平面超透镜 。 （图片来源：参考资料【1】）
然而 ， 目前某些问题阻碍了超表面的大规模制造 。 制造它们需要先进的设备 ， 并且过程非常耗时 。 创新近日 ， 瑞典查尔姆斯理工大学（ChalmersUniversityofTechnology）的研究人员展示了一项用于制造“超表面”的新技术 。 未来 ， 相机镜头将变薄数千倍 ， 而且制造所需的资源密集度明显降低 。
查尔姆斯理工大学研究人员制造此类平面表面的新技术是基于一种塑料 ， 这种塑料如今已用于制造其他微结构 。 相关论文发表在国际纳米光子学期刊《ACSPhotonics》上 。
技术
查尔姆斯理工大学物理系博士生、这篇论文的第一作者DanielAndrén表示：“我们将这种塑料薄层放在玻璃板上 ， 采用一项称为‘电子束光刻’成熟技术 ， 就能在塑料薄膜中绘制出详细的图案 ， 显影之后形成超表面 。 最终生成的装置可以像普通相机镜头一样聚焦光线 ， 但是其厚度要薄数千倍 ， 而且也可以是柔性的 。 ”
超表面的制造过程：
通过旋涂将塑料施加到玻璃板上 。 采用电子束光刻技术 ， 在塑料中绘制出需要的图案 ， 然后用显影剂化学物质将由不同方向的柱子组成的超表面显露出来 。 宏观尺度的超透镜可以通过这项技术制造 。 超表面也可以制作成柔性元件 。
推荐阅读
- 环球资讯快报|| 南部战区新闻发言人就美舰擅闯我南海岛礁邻近海域发表谈话，快讯
- 环球资讯快报|此前称研究中心被轰炸，制裁范围包括药物？叙利亚开始生产抗癌药
- 环球小咖|美国会研究服务处概述陆军未来垂直起降项目情况
- 环球小咖|支持中国海军全球行动，中国版海上预置舰
- 军军解读|为何仍处处忍让？专家：这才是真正的大国智慧，中国实力今非昔比
- 环球火力点|议会主席甚至因此遇难，不由得让人担心，直升机又发生坠机事故
- 视阁国际|单日新增创新高，福奇：我们仍没朝正确的方向前进，美国再破记录
- 军事问萍|达7320亿美元，那美国大兵的工资有多高？，2019年美国军费创新高
- 环球资讯快报|俄如何建造新航母？面对质疑终于坦言：确实离不开中国
- 环球资讯快报|伊盟友印度洋包抄，三国海上军演释放重要信号，霍尔木兹剑拔弩张