前沿进展|评估新型纳米光子学平面透镜技术的标准方法

当您在手机上阅读到这篇文章时，或许正戴着厚重的眼镜，沉重的镜片往往会加剧眼睛在阅读文章时的疲惫程度，影响到阅读时的体验。您可知与眼镜一样，手机、双筒望远镜、VR头显（虚拟现实头戴式显示设备）以及天文望远镜在进行拍照及观测活动时，都离不开高质量的镜头。尽管这些镜头脆弱、昂贵且厚重，但使用者为了获得相对较好的视觉及拍照体验，往往只能被迫忍受这些笨重的镜片。但与日常生活不同，很多对专业镜片质量以及设备综合性能要求较高的环境（例如无人机和卫星），则需要对镜片重量“精打细算”——镜片每一克的重量都有着高昂的经济价值。

纳米光子学镜片的出现，为镜片“选择恐惧症”提供了一个极佳的解决方案。最新的研究结果显示，传统镜片应用环境与建设价值难以平衡的难题即将迎来突破。一种全新、廉价且重量较轻的纳米光子学平面镜片（厚度仅为人类头发丝粗细的千分之一）在不久之后便会从实验室走进千家万户。事实上，对于纳米光子学平面镜的研究，已有了几种成熟的技术方案，但各种技术方案之间存在着大大小小的差异，技术领域内公认存在的一大挑战，就是如何将各种技术方案以一个较为统一的技术标准进行衡量（或者说建立出一套平面镜技术标准），以期通过镜片生产技术及镜片自身结构的分析，能够准确且有效地得到最适合其工作的情景。

这一问题目前已经在以色列希伯来大学(Hebrew University)耶路撒冷纳米科学技术中心Uriel Levy教授，以及他的博士后学生Jacob Engelberg共同的努力下得到了初步的解决方案：他们研究并设计出一种对平面镜技术及设计方案进行比较的标准化方法，并将研究成果以“Standard method to evaluate emerging flat lens technologies”为题发布在Nature Photonics上。

图1 Levy教授及Engelberg博士正在进行讨论

与传统镜片相比，新型的纳米光子学镜片在各个方面均有着较为明显的技术优势与性能提升。对于传统的透镜而言，镜片越“强大”（更加优秀的基材及镜片制作时更加复杂的加工流程），则镜片折射率越高；此外，透镜的直径越大，相对应地，其镜面中心也会更厚一些。这些因素在电子消费品（例如手机、无人机、以及VR头显等产品）领域中以产品重量及尺寸等特性被直观地放大，在追求轻质便携的消费需求下，如何在保证产品质量的同时，将产品自身的重量变得更轻一些，成为了生产商需要头疼的问题。

前文所提到的纳米光子学平面镜十分的薄（顾名思义，镜面光滑平直而没有曲率，镜片厚度在纳米量级），市场上存在多种不同的透镜生产设计方案及技术手段，但由于这种技术仍未大规模面世，所以对于哪种透镜最适合应用于哪种需求，至今仍未统一出一个明确的指导说明；另外，由于缺乏一个明确的衡量指标，我们无法评估一个新型平面镜可以达到合格的标准。Levy教授和Engelberg博士的研究，为镜片生产商提供了一种基于硅基芯片设计技术的简易生产方法，使得新型透镜容易大规模制得；同时他们也为新型平面镜片的衡量提出了较为有效的比较手段和标准。在接受采访时。Levy教授提到，“采用我们所提出标准化的表征方法，将大大推动新型平面镜制备技术的发展”。

原文链接：

https://phys.org/news/2022-03-standard-method-emerging-flat-lens.html

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编辑|金梦菲菲

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