在科技部學(xué)術(shù)攻頂計(jì)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(tuán)隊(duì)的透鏡研究再突破！團(tuán)隊(duì)最新研究證實(shí)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(yuǎn)鏡、攝影鏡頭與相機(jī)感測元件到手機(jī)、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(jìn)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(jì)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(jì)方法于實(shí)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(tuán)隊(duì)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(jìn)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(jì)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(jì)即能消除色差。在極小體積中達(dá)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(jì)與制程也更簡便，極具實(shí)際應(yīng)用價(jià)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(jìn)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(bào)