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驚奇“光學(xué)儀器螺栓”讓顯微攝像機更為粗糙

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放大字體  縮小字體    發(fā)布日期:2021-07-29  來源:儀器網(wǎng)  作者:Mr liao  瀏覽次數(shù):43
核心提示:未來的顯微鏡、望遠鏡甚至相機鏡頭,或許不再需要復(fù)雜、笨重的鏡頭組,僅通過納米級厚度的平面薄膜,便可完成光的聚焦、偏轉(zhuǎn)等控制。??? 記者日前從中科院光電技術(shù)研究所(以下簡稱光電所)獲悉,在國家973項目“波的衍射極限關(guān)鍵科學(xué)問題”課

??? 未來的顯微鏡、望遠鏡甚至相機鏡頭,或許不再需要復(fù)雜、笨重的鏡頭組,僅通過納米級厚度的平面薄膜,便可完成光的聚焦、偏轉(zhuǎn)等控制。

??? 記者日前從中科院光電技術(shù)研究所(以下簡稱光電所)獲悉,在國家973項目“波的衍射極限關(guān)鍵科學(xué)問題”課題支持下,該所微細加工光學(xué)技術(shù)國家重點 實驗室在國際上首次研究證實:利用光子自旋—軌道角動量相互作用的物理原理,“懸鏈線”可以對光產(chǎn)生穩(wěn)定、可控的“扳手”作用。就是說用“懸鏈線”結(jié)構(gòu)制 造的光學(xué)器件,可不借助任何凹凸透鏡,僅在“二維”平面上便可實現(xiàn)光的折射、反射,甚至讓光旋轉(zhuǎn)成任意姿態(tài)。

??? 懸鏈線與拋物線、月牙線或者半圓線不同,是一條兩端固定的鏈條在重力作用下彎曲形成的曲線。它在生活中隨處可見,橋梁懸索、架空電纜、街道護欄鐵鏈等都是懸鏈線結(jié)構(gòu)。

??? 科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),在諸多形式的懸鏈線中有一種“等強度懸鏈線”可以保持結(jié)構(gòu)在不同位置受力一致。那么,它施加到光上的“力”是否也一致呢?在這種奇特 的力學(xué)特性啟發(fā)下,光電所團隊用粒子束在厚度僅百納米的平面金屬薄膜表面,刻下納米尺寸的“亞波長懸鏈線”連續(xù)結(jié)構(gòu),并證實了刻有這種懸鏈線“花瓣”的金 屬膜,在光束照射后,可產(chǎn)生穩(wěn)定可控的折射、反射等光學(xué)現(xiàn)象。

??? 該團隊負責(zé)人楊磊磊介紹說,傳統(tǒng)意義上光的折射、反射等相位變化,是由于透鏡不同厚度產(chǎn)生,而厚度均勻的平面透鏡不會產(chǎn)生光的相位變化。此次科學(xué)新發(fā)現(xiàn),意味著利用“懸鏈線”構(gòu)成的超薄納米結(jié)構(gòu),能夠在二維平面內(nèi)實現(xiàn)對光的連續(xù)調(diào)控。

??? “如果把光比喻成行進的列車,過去的凹凸透鏡如同依靠彎曲的軌道調(diào)整列車運行,而現(xiàn)在僅需扳動懸鏈線這個鐵道岔口的‘扳手’,便可改變列車的前進方 向。”楊磊磊介紹說,為進一步確認懸鏈線的“光學(xué)扳手”作用,研究團隊還在平面金屬薄膜上嘗試刻制出不同形狀的懸鏈線“版畫”,并通過一種“花瓣狀”的圓 形排列陣列,產(chǎn)生了攜帶完美軌道角動量,呈螺旋式前進的“光漩渦”。而此前研究中,科學(xué)家們還曾將月牙形、拋物線形結(jié)構(gòu)刻制在平面上觀察光的折射、反射, 結(jié)果證實僅有“等強度懸鏈線結(jié)構(gòu)”具有穩(wěn)定的光學(xué)相位變化。

??? “傳統(tǒng)光學(xué)元件其厚度遠大于波長,這就是為何天文望遠鏡、相機鏡頭需要不同大小的鏡頭組。但懸鏈線光學(xué)器件,可通過操作納米級超薄結(jié)構(gòu)的平移、縮 放、旋轉(zhuǎn)等,實現(xiàn)光的相位變化,其厚度遠小于波長?!睏罾诶诮榻B說,未來基于懸鏈線構(gòu)建的新型光學(xué)元器件,具有輕薄的特點,可廣泛應(yīng)用于飛行器、衛(wèi)星等空 間探測領(lǐng)域,手機、相機鏡頭等成像領(lǐng)域。

??? 而這個受自然現(xiàn)象啟迪的美妙光學(xué)發(fā)現(xiàn),在電磁學(xué)、光通訊領(lǐng)域也讓人充滿遐想。楊磊磊說,按照光子自旋—軌道角動量相互作用的原理,懸鏈線還可拓展到 包括微波、太赫茲、紅外、可見光在內(nèi)的大部分頻譜范圍,廣泛用于各種電磁器件;而采用懸鏈線結(jié)構(gòu)的光通信器件,可在同一波長上傳輸多路信號,提高光通信的 頻譜利用率,大大增加光通信的信息傳輸量。

??? 上述研究成果在美國科學(xué)促進會創(chuàng)辦的最新期刊《科學(xué)進步》上發(fā)表后,受到了國際光學(xué)界的廣泛關(guān)注?!吨袊茖W(xué)》對其點評認為,這一發(fā)現(xiàn)的證實,“證明了納米懸鏈線可用于構(gòu)建超薄、輕量化的光學(xué)器件,有望成為下一代集成光子學(xué)的核心”。


 
 
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