如何利用電可調的雙模超構透鏡實現明場成像和邊緣增強成像

據麥姆斯咨詢報道，近期，來自韓國浦項科技大學（Pohang University of Science and Technology）和成均館大學（Sungkyunkwan University）的合作科研小組成功設計了一種電可調的雙模超構透鏡（metalens）——可以利用單個超構透鏡實現不同成像模式（明場成像和邊緣增強成像）的切換。相關研究工作以“Bright-Field and Edge-Enhanced Imaging Using an Electrically Tunable Dual-Mode Metalens”為題發表于ACS Nano期刊。

通常，在拍攝物體的過程中，會采用兩種不同的模式：（1）“正?！蹦Ｊ?，即明場成像，獲取常規的基本信息；（2）“邊緣”模式，即邊緣增強成像，僅專注于勾勒物體的輪廓。傳統上，這兩種模式都需要單獨的鏡頭，每個鏡頭都有不同的配置。然而，為了應對電子設備小型化和輕量化設計的最新趨勢，研究人員一直在努力將兩種模式集成于單個鏡頭。

在韓國科研人員的最新研究工作中，他們利用超構透鏡解決了上述問題。該超構透鏡由納米級人造結構構成，可以通過電調控的方式動態改變焦點位置。通過微調人造結構的尺寸、形狀和旋轉方向等參數，該科研團隊成功設計了一種雙模成像超構透鏡，能夠根據光偏振旋轉方向在正常模式和邊緣模式之間轉換。

該超構透鏡可以通過調節施加到液晶層的電壓來快速改變焦點位置，從而可以在短短幾毫秒內快速進行模式切換，與液晶切換的速度相匹配。

電可調的雙模超構透鏡

在這項研究中，該科研團隊采用氫化非晶硅作為超構透鏡的納米結構材料，面向可見光成像應用。該材料在可見光區域的損耗小，從而使紅色、綠色和藍色波長的透鏡效率分別達到32.3%、31.7%和20.4%。通過在單個超構透鏡中集成兩種不同的模式，該科研團隊實現了高分辨率圖像的采集。

論文作者Junsuk Rho教授說道：“我們現在可以在生物成像等應用（例如小型化顯微鏡）中快速捕獲高分辨率圖像，包括細胞反應和藥物篩選?！贝送?，他還樂觀地表示：“我希望這項創新能夠在智能手機、虛擬現實（VR）和增強現實（AR）設備以及激光雷達系統等各個領域發揮重要作用?！?/p>

審核編輯：劉清