全球最高分辨率超透镜问世

新型光学超透镜图解。

日前，新加坡南洋理工大学的研究人员设计了一种新的光学透镜，它具有最高的自由空间数值孔径——接近1的数值。数值孔径表示透镜所能达到的最高分辨率，因此该透镜具有强大的聚焦光线的能力。这些能力可使透镜特别适用于低光的应用，例如单光子发射。该研究由Arseniy Kuznetsov和Ramon Paniagua-Dominguez领导，他们在最近一期的《纳米快报》(Nano Letters)上发表了关于这种透镜的论文。

在此之前，自由空间镜头的最高数值孔径为0.95，对应的最大收集角约为72度。但是这些镜头体积庞大且价值不菲,所以不能轻易按比例缩小以适用于非常小的系统。新透镜的数值孔径为0.99，具有更高的分辨率和更大的收集角（82度）。这款新镜片是由超颖表面材料而不是传统的镜片材料制成的。

“高数值孔径透镜/显微镜的目标是广泛应用于显微镜、光学探测系统、光学光刻、量子光学等领域的主要光学元件。” Kuznetsov说道，“在这项工作中，我们使用了基于介电纳米天线的超颖表面材料，从而达到比所有现有光学目标更高的数值孔径，并且仅仅使用了几百纳米厚的设备。”

为了证明这种新型透镜的优点，研究人员将其用于在金刚石纳米晶体中成像氮-空位中心，这是几十纳米大小的纳米晶体。实验结果展示了该透镜的超高分辨率。

研究人员预计，在未来，该镜头也可以用来改进光刻技术，光刻技术可以用来制作电脑芯片和其他高分辨率的设备。此外，新透镜的广角采集有望提高单光子发射过程的效率，而单光子发射过程被用于量子光学系统。

“我们认为，这个新概念将在探测弱光信号的领域中找到广泛的应用。另一个重要的应用方向是可穿戴和移动的光子器件，其中需要密集集成高效光学元件。” Kuznetsov补充道。

编译：Coke 编辑：张梦

来源：https://phys.org/news/2018-03-metalens-near-unity-numerical-aperture.html