在科技部學(xué)術(shù)攻頂計劃支持下，中央研究院應(yīng)用科學(xué)研究中心蔡定平特聘研究員及臺灣大學(xué)團隊的透鏡研究再突破！團隊最新研究證實并制作出可消除整個可見光波段中色差的超穎刻作透鏡（Achromatic Meta-lens），且成功應(yīng)用于全彩成像系統(tǒng)。研究成果已于1月29日發(fā)表于國際期刊《自然奈米科技》（Nature Nanotechnology）。

日常生活中透鏡的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，從眼鏡、光學(xué)望遠鏡、攝影鏡頭與相機感測元件到手機、內(nèi)視鏡以及成像系統(tǒng)等。不過，受限于光學(xué)材料的折射率，體積通常較厚大，而且，光學(xué)材料的折射率會隨光的波長差異而改變，進而產(chǎn)生色差，透鏡在全彩影像應(yīng)用也因而受到極大限制。

超穎界面（metasurfaces）則是一種通過于次波長尺度下操控電磁波特性如相位、振幅與偏振等的光學(xué)設(shè)計結(jié)構(gòu)，能微型化光電元件。過往研究已成功利用超穎界面展示平面超穎透鏡（flat meta-lens），證明超穎透鏡的成像能力優(yōu)于目前廣泛使用的物鏡。然而，設(shè)計方法于實際應(yīng)用層面仍面臨幾個重要問題，如色散所產(chǎn)生的色差。

♦ 寬帶消色差超穎透鏡的光學(xué)照片和電子顯微鏡照片。

蔡定平特聘研究員與研究團隊2017年已成功研發(fā)出能消除近紅外波段（480nm）色差的超穎透鏡。今年再進一步利用半導(dǎo)體材料氮化鎵，結(jié)合「幾何相位（Geometric phase）」操控與自創(chuàng)概念「集成共振單元」，成功設(shè)計出消除全可見光波段色差的穿透式超穎透鏡。

有別于傳統(tǒng)消色差光學(xué)透鏡組，超穎刻作透鏡使用單一層設(shè)計即能消除色差。在極小體積中達到透鏡在寬廣頻段內(nèi)消除色差的聚焦效果，對平面型的微光電元件裝置的發(fā)展十分關(guān)鍵。如此一來，便能縮小光學(xué)系統(tǒng)的厚度，設(shè)計與制程也更簡便，極具實際應(yīng)用價值。

♦ 利用可見光寬帶消色差超穎透鏡拍攝的彩色圖片。

此研究成果為國際奈米光學(xué)與光電領(lǐng)域重要進展之一，對未來輕、薄、多工的平面型光學(xué)元件發(fā)展亦有極大幫助。

來源：科技新報

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