Nano. Lett. | 高深宽比孔结构的超表面透镜

超材料通常依靠在光学表面制造凸起的纳米结构图案来产生一些特殊的光学特性。与这种凸起结构不同，哈佛大学的研究人员Federico Capasso制备了一个表面有孔的金属薄片，也实现了超表面功能。该工作目前已发表于Nano Letters, 使用这种带孔的元表面也可制备平面光学元件，并比传统方法制造的元件更加坚固耐用。

带有高深宽比孔的超表面

一般地，高纵深比的纳米尺寸支柱会影响入射光与平面材料之间的相互作用，并由此产生对光的调控，实现超表面功能。然而，高大的支柱结构很容易倾倒或断裂，因此导致其在实际应用中的不稳定。

哈佛大学团队在5微米厚的独立硅膜上设计了带有超深通孔的金属透镜，孔的长宽比接近30：1。据该项目组称，这是第一次在超光学中使用具有这种长宽比的孔，并且使用传统的CMOS兼容的半导体工艺和标准材料来制造metalenses。该团队之前研究了关于浅孔平面光学器件对中红外或太赫兹光束的影响。孔状结构比柱结构更稳定，因此就增加了光学纳米结构的可实现的最高深宽比，且不损害其机械的坚固性。

实验结果表明，一个平坦的2毫米直径的金属片，其上具有打孔形成的2000个环，孔间距0.5微米，可以成功实现入射红外光的聚焦到衍射极限。这种聚焦能力是由于光通过孔状元光路长度的变化导致的。

未来，研究人员希望用非线性光学材料填充孔，以实现多波长光的生成和操纵，或者用液晶来实现对光的特性的主动调制。这种想法可用于制造大型消色差金属透镜，将各种颜色的光聚焦到同一焦点上，为下一代高深宽比平面光学器件铺平道路。