哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院(SEAS)的研究人員開發(fā)了一種平面光學元件，它同時是一個元透鏡，一個可以分辨小于光波長的細節(jié)的顯微鏡物鏡，以及一個光學渦旋和全息圖發(fā)生器。每種功能都由不同波長的光控制。

“這種新型平面光學器件的突破在于它可以根據(jù)其反射的光波長從根本上改變其功能，”SEAS應用物理學教授Robert Wallace和該研究的高級作者Federico Capasso說。“通過將功能與波長結(jié)合起來，我們?yōu)樵骈_辟了一系列新的可能性。”

該研究發(fā)表在Nano Letters上。

“在這項研究中，我們將不同波長的函數(shù)分離，”該論文的第一作者和SEAS的研究生Shijun Shi說。“與以前的平面光學設備相比，這種設備具有額外的自由度，您可以在不同的波長下進行調(diào)諧。例如，在一種顏色下，這種鏡頭的行為類似于傳統(tǒng)的metalens，但在另一種波長下，它會產(chǎn)生一個渦旋光束。”

哈佛技術開發(fā)辦公室保護了與該項目有關的知識產(chǎn)權(quán)，并正在探索商業(yè)化機會。

該鏡頭基于Capasso Lab開發(fā)的先前技術，該技術使用不同的偏振光來改變鏡頭的功能。但由于只有兩種形式的圓偏振光 - 順時針或逆時針 - 研究人員只能在表面中嵌入兩種不同的功能。

“通過控制設備功能與波長，而不是兩個狀態(tài)的極化，我們已經(jīng)大大增加了鏡頭的信息容量，”該論文的共同第一作者，Capasso實驗室的前博士后研究員Mohammadreza Khorasaninejad說。 。“通過這項技術，我們展示了藍色，綠色，黃色和紅色波長的消色差元，兩個光束發(fā)生器和一個全彩色全息圖。”

雖然這不是第一個將功能與波長聯(lián)系起來的鏡頭，但它是最有效的。以前的波長相關的元間隙在表面的不同區(qū)域編碼不同的功能; 例如，紅光將聚焦在一個象限中，藍光聚焦在另一個象限中。

通過這項技術，Shi和團隊的其他成員設計了各個納米級光學元件，在整個鏡頭上嵌入了局部級功能。

“通過在一個層中對所有內(nèi)容進行編碼，我們將效率從之前波長相關的超曲面中的8%提高到超過30%，”該論文的共同第一作者，SEAS的博士后研究員黃耀偉說。

接下來，該團隊的目標是進一步提高效率，并開發(fā)透射而非反射鏡頭。