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比头发丝还薄的平面超透镜?更薄、更轻、更简、更廉!

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  我们的生活离不开镜头,镜头帮助我们看向更远的风景、更幽深的地方,镜头也帮助我们留住时光。

  可以说,镜头无处不在,在监控、医疗、随处可见的电子产品上都有广泛的应用,高清镜头需要复杂的镜头组合才能达到效果,越是高清的可变焦的镜头就越贵。

  平面超透镜成长史

  如果有一种镜头只需一层就能看清万物,即便高超的摄像需求,最多只需两层镜头的叠加,并且这种镜头更轻薄、更简单也更便宜,岂不是将迎来镜头行业的变革?

  设想一下,这种平面超透镜应用于日常生活中,我们的手机能够拍摄更清晰照片和视频;应用于监控设备,能提高监控功能,进一步保证安全;应用于太空探索,探测器可以拍摄更清晰的图像;应用于医疗设备可以把病灶拍摄的更清楚,有利于医生诊断疾病……

  这种设想由来已久,毕竟光学镜头应用 “窘境” 客观存在 —— 光学镜头因为成本高、体积大、重量沉、片数多,多少限制相关应用行业的效率。

  图 | 平面超透镜发展史(来源:迈塔兰斯)

  关于平面超透镜的研究从十年前就开始了,从 2011 年起,美国引领平面超透镜学术发展并进行产业化尝试,从相位梯度、广义折-反射模型到全介质、高透过率的超构透镜,再到单层平面超透镜真的研发出来,经历了近 10 年的时间。

  期间,中美学术界齐头并进,香港理工大学蔡定平教授研发可见光色差矫正超透镜,到 2020 年 4 月,中国深圳迈塔兰斯科技有限公司成立,率先实现平面超透镜量产。

  作为一种二维平面透镜结构,平面超透镜体积极小、重量轻、易于集成,可实现对入射光振幅、相位、偏振等参量的灵活调控,在超分辨显微成像、全息光学、消色差透镜等方面有重要应用。

  图 | 平面超透镜(来源:迈塔兰斯)

  概括来说,平面超透镜技术可广泛应用于消费电子类、安防监控、无人机及 AR/VR 等领域,还可引领光学产业的变革。

  迈塔兰斯创始人郝成龙博士专门从事超透镜、超表面、光学人工智能芯片研究,在 Science 子刊、Nature 旗下光学期刊等高水学术平台,发表论文多篇。

  该公司的超透镜项目是将半导体芯片制造工艺应用于光学透镜领域,自主设计研发平面超透镜,并实现量产化。相比于传统透镜,平面超透镜具有体积小、重量轻、成本低、产能高等显著优势,拥有划时代意义与广阔的市场前景。

  平面超透镜的优势

  量产超透镜是一种通过半导体芯片工艺,大批量制造出来的具有表面微纳结构调制入射光的相位而汇聚成像的平面光学器件。

  比起传统的光学镜头,平面超透镜有以下优点:

  更薄:相比于传统透镜组毫米至分米级的厚度,超透镜厚度在百纳米至微米级(头发丝五十分之一);

  更轻:相比于传统透镜,超透镜重量忽略不计(摄影师的 “长枪短炮”);

  更简:相比于传统透镜复杂的透镜组系统,超透镜可以把所有功能集中在一两个超表面上(“电子管到大规模集成芯片”);

  更廉:相比于传统透镜及镜头组,大批量生产成本为传统透镜的 25% 以下。

  迈塔兰斯独创核心技术与加工工艺则有:

  独创单层超透镜设计理论:完备的量产级超透镜设计方案、突破大口径下的色差校正,实现清晰成像;

  仿真计算微纳结构数据库:仿真数据已经过电子束刻蚀加工、光刻实验验证;

  自主研发超透镜光学设计软件:实现超透镜参数的准确、快速设计及优化;

  全球领先的第四代浸入式 12 英寸硅基 / 玻璃基光刻工艺则包含了最小微纳结构尺寸 是 40 nm,目前该工艺已成熟。而纳米压印工艺的最小微纳结构尺寸是 20 nm,基板尺寸是 8 英寸,远优于目前最成熟的技术。在超透镜镀膜设计及工艺方面,其独家拥有多种微纳结构的超透镜镀膜设计及工艺。

  图 | 平面超透镜产品(来源:迈塔兰斯)

  目前该公司的产品有 FIR 远红外超透镜、NIR 近红外超透镜、VIS 可见光超透镜、折 - 超混合系统,且已完成和中国航天科工集团相关公司的销售和数千万人民币的天使投资。

  郝成龙团队在去年十月获得了 2020 年广东 “众创杯” 创业创新大赛大学生启航赛企业组金奖,对于这个年轻的初创团队来说,这个奖项是一种肯定,鼓励他们继续前进。

  而“结合光学和半导体技术,引领传统光学产业新发展” 是郝成龙团队的理想。

  另一名团队创始人谭凤泽,毕业于香港理工大学电子与资讯工程系,在今年 3 月初接受媒体采访时说:“当时的技术在学术研究上已较为成熟且具有一定可行性,实现产学研的深度融合是我们一直以来想做的。”

  迈塔兰斯同样想要实现自身突破。平面超透镜若要实现产业化,最重要的是考虑它的量产性。

  在迈塔兰斯团队看来,平面超透镜有广泛的应用性。工业检测、无人机拍摄可以用到,消费电子类产品也可以用到,疫情期间商场、医院和火车站常见的红外测温仪也能应用平面超透镜。

  不过作为初创公司,需要循序渐进地布局平面超透镜的应用场景,同时也给市场时间去适应产品。团队选择了创业气氛良好的深圳市设立公司,希望接触到更多的人才和市场资源。

  -End-

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