英國及德國的科學家最近設計出全球第一個可見光波段的雙極性(dual-polarity)超穎透鏡(metalens)，該元件是由位於玻璃表面的金奈米棒陣列所組成，只需切換通過它的光的偏振狀態，就能發揮凸透鏡或凹透鏡的功能。此透鏡只有數十奈米厚，因此很適合微小尺度的造影，同時也有助於提高光學線路中的資訊處理能力。
透鏡是望遠鏡、顯微鏡及相機等光學儀器的關鍵零件，製作矽晶片及積體電路的光微影術也少不了它。傳統透鏡是以玻璃或其他透明材料製成，具有彎曲的表面以及固定的焦距：凸透鏡會聚光並將物體放大，而凹透鏡使光發散並產生縮小的影像。
上述由英國伯明罕大學(University of Birmingham)及德國帕德伯恩大學(Paderborn University)共同研發的超穎透鏡則為平板狀，而且是由分佈在玻璃表面的金奈米棒陣列所構成。研究人員以電子束微影束製作長200 nm的金奈米棒，並仔細控制它們在玻璃上排列的方向，此圖案化的陣列具有超穎材料的特性，能局部修改入射光的波前，因此能像透鏡一樣工作。研究人員只要控制穿過透鏡的光是左旋或右旋圓偏振光，就能獲得放大或縮小的影像。相較於動輒數毫米厚的傳統玻璃透鏡，此透鏡只有數十奈米厚，其孔徑為80 μm，焦距為60 μm。
該團隊表示，由於此超穎透鏡對於入射光的不同偏振能同時發揮兩種元件的功能，因此可望提高光學線路處理資訊的能力，例如利用偏振編碼的資訊可以分別解多工(demultiplexed)或處理，甚至因為能更有效地操控處於偏振態糾纏的光子，而在量子光學領域中產生重要的應用。
該團隊指出，此超穎透鏡的平板狀有利於透過傳統製程將它與其他奈米光子元件整合。目前此超穎透鏡的口徑只有幾十微米，主要是受限於電子束微影術寫入的速度太慢，不過該團隊宣稱他們已經在研究新的奈米製造技術，以便製造大面積的超穎透鏡來符合實際用途。詳見Nature Communications 3,1198 (2012) | doi:10.1038/ncomms2207。
原始網站: http://nano.nchc.org.tw/
譯者:蔡雅芝(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝