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由二维过渡金属硫族化合物 (TMDC) 的单层制成的超薄光学透镜可以用于下一代成像设备。由澳大利亚Swinburne University of Technology 的Baohua Jia教授领导的一个国际研究小组使用飞秒激光在TMDC晶体上制备出图形化的纳米颗粒。这个镜头具有亚波长分辨率和 31% 的三维对焦效率，为用于纳米光学和芯片上的光学应用的光学器件打下基础。
透镜是日常生活中最常用的光学组件之一，包括眼镜、显微镜、放大镜和相机镜头。传统透镜基于光的折射原理,使用不同的材料，球面和空间位置实现对光的控制。传统镜片的制造包括材料的选择、切割、粗磨、精细研磨、抛光和测试等工艺。为了尽量减少像差，包括色差、球面畸变和散光，通常要堆叠多层镜头以形成复合透镜，从而使得当前相机设备比较复杂而且笨重。科学家们因此在超薄平镜的开发方面投入了巨大的精力。与传统镜头不同,平面透镜使用纳米结构来调整光路。通过控制每个纳米元素的光学特性和空间位置，一些先进的功能可以得以实现,如无色和无差对焦，高空间分辨率和特定共聚焦强度的分布。然而，当材料厚度降低到亚波长量级时，基于固有折射率和材料吸收，不足的相位调制或者振幅调制会导致透镜性能变差。
在《Light Science & Applications》杂志发表的一篇新论文中, 由澳大利亚Swinburne University of Technology，Centre for Translational Atomaterials的Baohua Jia教授、Monash University 的Qiaoliang Bao教授、National University of Singapore 的Chengwei Qiu教授和同事带领的科学家团队研究出一种创新的方法。他们在单层二维过渡金属硫族化合物材料表面制造出高性能透镜，他们使用飞秒激光对纳米颗粒进行图形设计。该镜头具有亚波长分辨率和 31% 的对焦效率，为最终用于纳米光学和芯片上光学应用的超薄光学器件奠定了基础。
虽然由多层TMDC制造的透镜已经问世，但当它的厚度降低到亚纳米量级时，其相位不足或振幅调制不足会导致聚焦效率低于1%。这个国际团队发现可以使用飞秒激光束与单层TMDC材料相互作用来产生纳米颗粒，这与连续波激光生产的工艺有着显著的不同。当激光脉冲太短，整个材料在激光过程后保持低温时，纳米颗粒可以牢固地附着在衬底上。纳米粒子表现出很强的散射来调节光的振幅。因此，由纳米颗粒制造的透镜可提供亚波长分辨率和高效率，使团队能够使用透镜演示受衍射受限的成像。
单层是材料中最薄的形式，是物理厚度的最终极限。这项研究通过使用单层来制造透镜，整个展示过程消耗了最少的材料，而且也达到了理论极限。更重要的是飞秒激光制造技术是一个一步完成的简单工艺，这项工艺没有高真空或特殊环境的要求，它因此提供了最简单的方法来制造超薄的平面透镜。这样镜头更容易集成到任何光学或微流体器件中，并且有着广泛的应用。
来自Swinburne University of Technology， Centre for Translational Atomaterials的第一作者Han Lin博士说：“我们使用世界上最薄的材料制造平面透镜，并证明超薄透镜优良的性能，并且可以高分辨率成像。这种透镜显示了可应用于不同领域的巨大潜力，比如眼镜、显微镜镜头、望远镜和相机镜头。我们可以预见通过这项技术，相机镜头的重量和尺寸在不久的将来会大大减小。”Centre for Translational Atomaterials主任Baohua Jia教授补充道：“我们很高兴看到飞秒激光处理2-D材料取得的这一独特的成果。它开辟了可使用伸缩的方法制造光学器件的可能性。”Qiaoliang Bao教授之前在莫纳什大学工作，他评论说，“我们可以将单层2-D材料透镜集成到所需的设备上，只需要将材料连接在所需的器件上，然后使用飞秒激光来完成制造过程。整个过程简单，方法灵活且成本低。我们因此也看到了这种方法的巨大应用潜力。”
来自National University of Singapore 的Chengwei Qiu教授预测说：“我们设计镜头的方式是，放大倍率不同的图像可以使用不同的聚焦平面。这种机制可以很容易地开发出光学变焦透镜，可用于手机摄像头上。目前，具有不同焦距的镜头用于实现各种的变焦功能。但我们的镜片只需一个设计即可实现不同的缩放率。”
