? ? ? 提到“超級(jí)”鏡頭，人們想到的可能是記者或者攝影愛好者手拿肩扛的“長(zhǎng)槍短炮”，或者是顯微鏡甚至太空望遠(yuǎn)鏡。上面無(wú)論哪一種，都需要一系列的曲面透鏡堆疊在一起以減少失真并解析出清晰的圖像，這也是為什么高功率顯微鏡這么大，長(zhǎng)焦鏡頭這么長(zhǎng)。這些曲面透鏡的加工精密度要求很高，還需要鍍膜，無(wú)論是相機(jī)發(fā)燒友的鏡頭還是科研設(shè)備顯微鏡，價(jià)格都極其昂貴。
今天介紹的“超級(jí)”鏡頭，卻不是曲面透鏡這種起源于19世紀(jì)的技術(shù)，而是真正的“超級(jí)鏡頭”。這種登上《Science》封面的“超級(jí)鏡頭”，發(fā)明者是美國(guó)哈佛大學(xué)的Federico Capasso教授團(tuán)隊(duì)。他們使用高縱橫比的二氧化鈦納米陣列構(gòu)成“超表面”以控制其中光波相互作用的方式，得到了數(shù)值孔徑高達(dá)0.8的透鏡，可在可見光譜范圍內(nèi)高效率工作，實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)分辨率成像。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，就是一個(gè)比一張紙還要薄的透鏡，可將圖像放大170倍，而且圖像質(zhì)量還和當(dāng)前世界上最先進(jìn)的光學(xué)成像系統(tǒng)相當(dāng)。
“我們?cè)O(shè)計(jì)的平面透鏡具有高數(shù)值孔徑（NA = 0.8），這意味著它可以將光線聚焦到一個(gè)直徑小于光波長(zhǎng)的點(diǎn)上，”Capasso實(shí)驗(yàn)室的博后、本文共同第一作者M(jìn)ohammadreza Khorasaninejad博士說(shuō)，“透鏡聚焦光線的能力越強(qiáng)，得到圖像的分辨率就可能會(huì)越高。”
圖：通過(guò)”超級(jí)鏡頭“的光線被納米陣列聚集在一起。
Capasso教授說(shuō)，“這項(xiàng)技術(shù)的革命性在于它可在可見光譜范圍內(nèi)工作，這意味著它有可能取代當(dāng)今各種設(shè)備中的鏡頭，從顯微鏡到照相機(jī)和手機(jī)?！?/div>
這么強(qiáng)大的超級(jí)鏡頭，能不能大規(guī)模制造？?jī)r(jià)格會(huì)不會(huì)很高？這兩個(gè)問(wèn)題決定了這種超級(jí)鏡頭的終極命運(yùn)——是實(shí)驗(yàn)室里的高科技玩具，還是真正改變世界的革命性突破。
圖：“超級(jí)鏡頭”實(shí)現(xiàn)的眼睛全息圖，眼睛的直徑大約0.5厘米。根據(jù)全息圖和“超級(jí)鏡頭”之間的距離，眼睛時(shí)而出現(xiàn)時(shí)而消失
很幸運(yùn)，研究小組在選擇原材料和技術(shù)時(shí)已經(jīng)考慮到了這一點(diǎn)。他們所使用的二氧化鈦是一種廣泛使用的工業(yè)材料，制備容易，價(jià)格低廉。Capasso實(shí)驗(yàn)室的博后、本文另一位共同第一作者Wei Ting Chen博士說(shuō)，“普通鏡片需要精密研磨，任何曲率偏差，甚至組裝過(guò)程中任何失誤都會(huì)降低鏡頭的性能?！盋apasso團(tuán)隊(duì)所用的技術(shù)是電子束光刻和原子層沉積，在當(dāng)今的電子產(chǎn)品制造業(yè)中算是標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)芯片制造技術(shù)。Capasso教授說(shuō)，“在不久的將來(lái)，現(xiàn)在那些生產(chǎn)微處理器和內(nèi)存芯片的工廠，將有希望以低成本大規(guī)模生產(chǎn)這種超級(jí)鏡頭。”
Khorasaninejad認(rèn)為這種超小、超輕、超薄、柔性的超級(jí)鏡頭可以應(yīng)用在很多方向，比如智能手機(jī)、相機(jī)、可穿戴設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備、科研設(shè)備等等，“想象一下它應(yīng)用，可穿戴設(shè)備、柔性隱形眼鏡甚至太空望遠(yuǎn)鏡，這都有可能?！?/div>
也許有一天，智能手機(jī)就可以當(dāng)作顯微鏡，而隱形眼鏡可以當(dāng)作望遠(yuǎn)鏡，那將是個(gè)怎樣的世界？
