哈佛平面金属透镜消除色差，革新虚拟现实
金属透镜是利用纳米结构聚焦光平面透镜。具备替代现有厚重曲面透镜潜力。但受限于能准确聚焦光谱范围。
哈佛约翰·保罗森工程与应用科学学院研究人员创建新金属透镜，能高分辨率将所有可见光谱聚焦于单一点。迄今，仅通过堆叠两个或更多传统透镜可能。
这使研究人员更接近将薄透镜融入常规及先进光学设备，包括相机、增强和虚拟现实设备。详细了解哈佛研究人员如何达成此里程碑。
障碍
将整个可见光谱（含白光）聚焦于一点极难，主因不同波长在材料中传播速度不同。例如蓝光比红光慢，两色到达给定点时间不同，导致焦点不同扭曲图像。此失真称色差。
为校正色差，所有光学设备用两个或更多不同厚度曲面透镜，增加仪器体积。
金属透镜与设计
金属透镜比传统透镜有诸多优势——易制造、薄、具成本效益。研究团队跨整个可见光谱利用这些优势。
新金属透镜用二氧化钛纳米鳍等效聚焦所有波长光，消除色差。为此，研究者从前研究获取灵感：演示通过调整纳米鳍宽度、高度、距离和形状，不同波长可聚焦于给定点。
新设计中，成对纳米鳍同时控制不同波长速度和金属透镜表面折射率。给通过不同鳍波长可变时间延迟，使所有光同时到达焦点。
纳米结构材料光速可通过合并两纳米鳍成单元调谐。显著减小厚度和设计复杂度，优于消色差透镜。
具体说，团队演示470-760纳米衍射极限消色差聚焦成像。新金属透镜仅含单层纳米结构，厚度约波长量级，不涉及空间复用或级联。
相同设计原理可应用电磁波谱其他区域。实现更大直径和数值孔径消色差金属透镜需更宽群延迟范围，由不同尺寸纳米鳍多组合支持。可通过不同色散技术或单纯增加纳米鳍高度实现。
此研究中，二氧化钛纳米结构演示约4.5微米高度，对应约37飞秒（10^-15秒）群延迟。
级联金属透镜层可进一步增加群延迟，引入额外自由度在大视场校正单色像差。也可将充当像差校正器金属透镜与折射球面透镜合并。
前景诱人：可同时校正球面透镜色差和单色像差，同时利用大光圈和小色焦移优势。
下一步？
哈佛已授权技术给初创公司商业化开发，并保护项目知识产权。
研究者现致力于将透镜直径增至1厘米，可开启新可能性范围，含光刻、显微镜、内窥镜、虚拟和混合现实应用。
工业技术