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元表面是与光互动的纳米级结构。如今，大多数元表面使用单晶石般的纳米柱来聚焦、塑造和控制光线。纳米柱越高，光通过纳米结构的时间就越长，使元表面对每种颜色的光有更多的控制。但是非常高的柱子往往容易掉下来或粘在一起。如果不建造高大的结构，而是反其道而行之呢？

近日，哈佛大学的研究人员开发了一种元表面，它使用非常深、非常窄的孔（而不是非常高的柱子）将光线聚焦到一个点上。

这个新的元表面使用了超过1200万个针状孔，钻入一个5微米的硅膜，大约是头发厚度的1/20。这些细长孔的直径只有几百纳米，使得纵横比（高度与宽度的比率）接近30:1。这是第一次将这样纵横比的孔用于元光学。

研究人员表示，这种方法可用于制造大型消色差超透镜，将各种颜色的光聚焦到同一焦点上，为高纵横比平面光学器件铺平道路，包括大面积的宽带消色差超透镜。研究人员补充道，如果试图用这种纵横比制造支柱，它们会倒下。而多孔状增加了光学纳米结构的可访问纵横比，而不牺牲机械的坚固性。

就像纳米柱一样，纳米柱的大小不同以聚焦光线；多孔元透镜有不同大小的孔，精确地定位在2毫米的透镜直径上。孔的大小变化使光线向透镜焦点弯曲。

研究人员提到，多孔的元表面通过控制光在宽参数空间内的限制和传播，为透镜设计增加了一个新的维度，并使新功能成为可能。孔可以用非线性光学材料进行填充，这样可以产生和操纵多波长光，或者用液晶来主动调节光的特性。

超透镜是使用传统半导体工业工艺和标准材料制造的，在未来可以进行大规模生产。

目前，哈佛大学技术发展办公室已经保护了与该研究项目有关的知识产权，并正在探索商业化的机会。

题为A High Aspect Ratio Inverse-Designed Holey Metalens的研究论文发表在《纳米快报》（Nano Letters）上。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c02612

标签： 哈佛 大学 研发 新型