可见光区域的双超级透镜

超表面是由一种制作于平面上的亚波长结构组成的超材料，近年来利用这些亚波长结构的光学特性，超表面已经发展成为一种新兴的光操控技术。通过对超表面的亚波长结构进行设计可以局域性地改变电磁波的振幅、偏振和相位，用以制造结构紧凑的光学器件。在前期工作基础上，哈佛大学的Capasso研究组报道了一种可以工作在可见光区域双透镜的超级透镜。532 nm的入射光下，该双超级透镜元件的数值孔径为0.44，焦距为342.3µm，视场50°，该超级透镜不仅能进行衍射极限聚焦，而且在焦平面处可以实现高质量的成像。该双超级透镜的设计遵循Chevalier Landscape lens原理，而且基于前期工作的积累，这种新的设计可以对双超级透镜的佩兹瓦尔场曲、彗差和单色像差进行修正。双超级透镜制作的关键是采用紫外光刻的双面对准技术制作套刻标记，利用电子束曝光技术定义超级透镜的亚波长结构，随后利用原子层沉积技术获得亚波长的TiO2结构。下图的图a-e给出了双超级透镜的设计示意图，图f和图h分别为聚焦功能的超级透镜的俯视和侧视SEM图。双超级透镜在基于激光的显微镜和光谱仪等领域有很多潜在应用，而且可以利用光刻技术和纳米压印技术进行批量制造。此项工作发表在Nano Lett. 2017, 17,4902-4907

图a-e给出了双超级透镜的设计示意图。图f为聚焦功能的超级透镜的俯视SEM图，图g为聚焦超级透镜边缘的侧视SEM图。图h为光阑超级透镜相位轮廓，图i给出了聚焦超级透镜和双曲面超级透镜的相位轮廓比较结果。