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智能手机还能再薄点?科学家研发全新平面透镜 比头发还细1000倍

Publicado em 25 agosto 2020

财联社(上海,编辑 黄君芝)讯,据有125年历史的《美国化学会志》(ACS Publications)报道,圣保罗大学圣卡洛斯工程学院(EESC-USP)的科学家们研发出了一种比人类头发还细1000倍的平面透镜。它可以用作智能手机中的相机镜头,也可以在需要传感的许多其它设备中使用。

“在目前的技术环境下,它的应用几乎有无限种可能。”该研究的主要作者、EESC-USP电气工程与计算系教授Emiliano Rezende Martins表示。据悉,该研究得到了圣保罗研究基金会(FAPESP)的支持。

据了解,这种镜片被称为超透镜或超级透镜(metalens/superlens)。该透镜由与光相互作用的纳米柱阵列上的单个纳米硅层组成。这种结构是用光刻技术印刷出来的,这是一种著名的制造晶体管的技术。

超透镜于十年前首次开发,并利用超表面(metasurface)的超薄的微型波导阵列,使光线透过透镜时发生弯曲,从而达到物理上可行的最高分辨率。根据Rezende Martins的说法,超透镜长期以来一直面临着视角极小(小于1°)的问题。

“解决这个问题的一种方法是将超透镜结合起来,形成复杂的结构,”他说。研究人员意识到,在传统的透镜中,折射率的增加与透镜的平坦度成比例地增加了视野,因此研究人员设计了一种超透镜来模仿具有无限折射率的完全平坦的透镜,而其效果是传统透镜无法比拟的。

“我们的镜头可以有任意视野,理想情况下可以达到180度而不会产生图像失真,”Rezende Martins说:“我们已经在110度的角度测试了它的有效性。在更宽的视角下,由于阴影效应,光能会降低,但这可以通过后期处理进行校正。”

研究人员表示,尽管超透镜的结合会有碍超分辨率,但是获得的分辨率足以满足所有常规应用。研究团队用3D打印的相机测试了这种超透镜,获得了具有宽视场的高分辨率图像。以下就是使用超透镜获得的高分辨率广角自拍照。

若能将该发明更广泛地投入商业应用,使更多智能手机生产商部署到手机、平板中去,可能会使未来的智能设备变得更为轻薄。

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