雙超透鏡：根據(jù)光線條件在拍攝模式之間切換

雙超透鏡，可根據(jù)光偏振旋轉(zhuǎn)方向的變化，動態(tài)調(diào)整焦距位置

近日，韓國浦項(xiàng)科技大學(xué)與全南科學(xué)大學(xué)的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)成功設(shè)計了一種雙透鏡，能夠使用單個鏡頭在不同的成像模式之間切換。研究結(jié)果以《Bright-Field and Edge-Enhanced Imaging Using an Electrically Tunable Dual-Mode Metalens》為題發(fā)布在ACS Nano上。

通常，在拍攝物體的過程中，會采用兩種不同的模式：一是正常模式，用于提取基本信息;二是邊緣模式，該模式僅專注于勾勒對象的輪廓。傳統(tǒng)上，這些模式需要單獨(dú)的鏡頭，每個鏡頭都有不同的焦點(diǎn)。然而，為了應(yīng)對最近電子設(shè)備的小型化和輕量化設(shè)計的趨勢，研究人員一直在努力將這兩種模式集成到單個鏡頭中。

在這項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)使用超透鏡解決了這個問題，超透鏡可以通過電氣方式動態(tài)改變其焦點(diǎn)。這些超透鏡不考慮光的特性，由納米級的人造結(jié)構(gòu)構(gòu)成。通過微調(diào)這些結(jié)構(gòu)的大小、形狀和旋轉(zhuǎn)方向等參數(shù)，該團(tuán)隊(duì)成功設(shè)計了一種雙模成像超透鏡，能夠根據(jù)光偏振旋轉(zhuǎn)方向在法線模式和邊緣模式之間轉(zhuǎn)換。

該鏡頭可以通過調(diào)整施加在液晶 (LC) 層上的電壓來快速調(diào)整其焦距，從而在幾毫秒內(nèi)(毫秒是千分之一秒)實(shí)現(xiàn)快速模式切換，與液晶切換的速度相匹配。

在這項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)采用氫化非晶硅作為納米結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)以可見光區(qū)域的最小損耗而聞名，因此在紅色、綠色和藍(lán)色波長下，透鏡效率分別為 32.3%、31.7% 和 20.4%。通過在單個鏡頭中集成兩種不同的模式，該團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了高分辨率圖像的采集。

Junsuk Rho教授解釋說：“我們現(xiàn)在可以在生物成像等應(yīng)用中快速捕獲高分辨率圖像，包括細(xì)胞反應(yīng)和藥物篩選”。此外，他非常樂觀地說：“我希望這項(xiàng)創(chuàng)新能夠在各個領(lǐng)域得到實(shí)際應(yīng)用，包括智能手機(jī)、虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)設(shè)備以及固定LiDAR系統(tǒng)?！?/p>

這項(xiàng)工作由機(jī)械工程系和化學(xué)工程系的Junsuk Rho教授，人工智能研究生院的Trevon Badloe，浦項(xiàng)科技大學(xué)(POSTECH)機(jī)械工程系的博士生Yeseul Kim和Joohoon Kim以及成均館大學(xué)量子生物物理研究所的Inki Kim教授領(lǐng)導(dǎo)。

審核編輯 黃宇