超构透镜——利用纳米结构聚焦光的平面——有望在光学领域掀起一场革命，用简单的平面取代目前光学设备中使用的笨重的弯曲透镜。但是，这些超构透镜仍然局限于它们能很好聚焦的光谱。现在，哈佛大学约翰·a·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的一组研究人员已经开发出了第一个单透镜，它可以将包括白光在内的整个可见光谱聚焦在同一点上，而且分辨率很高。这只有在传统镜头中通过堆叠多个镜头才能实现。

这项研究发表在自然纳米技术．

聚焦整个可见光谱和白光(光谱中所有颜色的组合)非常具有挑战性，因为每种波长在材料中移动的速度不同。例如，红色波长穿过玻璃的速度比蓝色快，所以两种颜色会在不同的时间到达同一位置，从而产生不同的焦点。这就造成了被称为色差的图像失真。

照相机和光学仪器使用不同厚度和不同材料的弯曲透镜来纠正这些像差，当然，这增加了设备的体积。

“超体透镜比传统透镜有优势，”费德里科·卡帕索说，他是应用物理学罗伯特·l·华莱士教授和海洋工程学院电子工程Vinton Hayes高级研究员，也是这项研究的高级作者。“超构透镜很薄，易于制造，而且成本有效。这一突破将这些优势扩展到整个可见光范围。这是下一步的重大进展。”

哈佛大学技术发展办公室(OTD)已经保护了与该项目相关的知识产权，并正在探索商业化的机会。

卡帕索和他的团队开发的超体透镜使用二氧化钛纳米鳍阵列来均匀聚焦光的波长并消除色差。先前的研究表明，通过优化纳米鳍的形状、宽度、距离和高度，可以聚焦不同波长的光，但聚焦距离不同。在最新的设计中，研究人员创造了成对的纳米鳍单元，可以同时控制不同波长的光的速度。成对的纳米鳍控制超表面的折射率，并经过调谐，使光通过不同的鳍时产生不同的时延，确保所有波长在同一时间到达焦点。

“在设计消色差宽频透镜时，最大的挑战之一是确保超构透镜的所有不同点发出的波长同时到达焦点，”该论文的第一作者、上海海洋工程学院的博士后陈卫婷(音译)说。“通过将两个纳米鳍结合到一个元素中，我们可以调整纳米结构材料中的光速，以确保可见光中的所有波长都聚焦在同一个点上，使用一个单超构透镜。与复合标准消色差镜头相比，这大大降低了厚度和设计复杂性。”

“使用我们的消色差镜头，我们能够进行高质量的白光成像。这让我们离将它们融入相机等常见光学设备的目标又近了一步。”

接下来，研究人员的目标是将透镜放大到直径约1厘米。这将开启一大堆新的可能性，比如在虚拟现实和增强现实中的应用。

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本文由Vyshakh Sanjeev、Mohammadreza khorasanahmadinejad、Zhujun Shi和Eric Lee共同撰写。它的部分支持由空军科学研究办公室。这项工作部分在纳米尺度系统中心(CNS)完成，该中心是国家纳米技术协调基础设施(NNCI)的成员，由国家科学基金会支持。

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了下:快速原型

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