十亿分之一米厚的光学透镜打破了衍射极限

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斯威本科技大学开发的石墨烯透镜厚达十亿分之一米
斯威本科技大学开发的石墨烯透镜厚达十亿分之一米

随着光子芯片和纳米光学技术的发展,旧的磨砂玻璃镜片无法跟上小型化的步伐。为了寻找合适的替代品,斯威本科技大学的一个研究小组开发了一种十亿分之一米厚的石墨烯微透镜,可以为单个细菌大小的物体拍摄更清晰的图像,并为改进的移动电话,纳米卫星打开了大门和计算机。

光学显微镜中的主要障碍之一是透镜,或更准确地说,是衍射极限,这是特定透镜分辨率的理论极限。通过使用干涉测量,全息照相,激光和电子之类的技术,已经进行了许多尝试来克服衍射极限,尽管科学家已经取得了一些成功,但这只是付出了巨大的代价和复杂性。

另一种方法是探索使用超薄平板透镜的方法,该透镜经过同心圆蚀刻并像菲涅耳透镜一样小。根据Swinburne团队的说法,这也取得了一些成功,但是只能通过用不适合大规模生产的黄金和其他金属来制作镜片。

Swinburne的突破来自于微光子学中心的博士生郑小瑞(Xiaorui Zheng)使用氧化石墨烯形成透镜。这种材料使团队能够制造出比一张纸还要薄300倍,重达1克的超薄平板透镜。这可以通过有效地印刷镜片,先喷涂一片氧化石墨烯溶液,然后使用激光束成型圆来实现。

根据该团队的说法,新镜头具有柔性,可以分辨200纳米的物体,甚至可以看到近红外光。这是可能的,因为它打破了衍射极限并允许焦点小于光波长的一半。

技术成熟后,研究团队将其视为显微镜以外的应用,例如更轻,更薄,具有热成像功能的手机,更小的外科内窥镜,以及纳米卫星中传统镜片的替代品,从而节省了数百克发射重量,并提高了超级计算机中光子芯片的效率和超快速的宽带分配。

石墨烯微透镜研究发表在《自然通讯》上



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