多功能元透镜可以解锁

哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员开发了一种平面光学元件，它同时是一个元透镜，一个可以分辨小于光波长的细节的显微镜物镜，以及一个光学涡旋和全息图发生器。每种功能都由不同波长的光控制。

“这种新型平面光学器件的突破在于它可以根据其反射的光波长从根本上改变其功能，”SEAS应用物理学教授Robert Wallace和该研究的高级作者Federico Capasso说。“通过将功能与波长结合起来，我们为元曲面开辟了一系列新的可能性。”

该研究发表在Nano Letters上。

“在这项研究中，我们将不同波长的函数分离，”该论文的第一作者和SEAS的研究生Shijun Shi说。“与以前的平面光学设备相比，这种设备具有额外的自由度，您可以在不同的波长下进行调谐。例如，在一种颜色下，这种镜头的行为类似于传统的metalens，但在另一种波长下，它会产生一个涡旋光束。”

哈佛技术开发办公室保护了与该项目有关的知识产权，并正在探索商业化机会。

该镜头基于Capasso Lab开发的先前技术，该技术使用不同的偏振光来改变镜头的功能。但由于只有两种形式的圆偏振光 - 顺时针或逆时针 - 研究人员只能在表面中嵌入两种不同的功能。

“通过控制设备功能与波长，而不是两个状态的极化，我们已经大大增加了镜头的信息容量，”该论文的共同第一作者，Capasso实验室的前博士后研究员Mohammadreza Khorasaninejad说。 。“通过这项技术，我们展示了蓝色，绿色，黄色和红色波长的消色差元，两个光束发生器和一个全彩色全息图。”

虽然这不是第一个将功能与波长联系起来的镜头，但它是最有效的。以前的波长相关的元间隙在表面的不同区域编码不同的功能; 例如，红光将聚焦在一个象限中，蓝光聚焦在另一个象限中。

通过这项技术，Shi和团队的其他成员设计了各个纳米级光学元件，在整个镜头上嵌入了局部级功能。

“通过在一个层中对所有内容进行编码，我们将效率从之前波长相关的超曲面中的8%提高到超过30%，”该论文的共同第一作者，SEAS的博士后研究员黄耀伟说。

接下来，该团队的目标是进一步提高效率，并开发透射而非反射镜头。