Nat. Commun.：光学取代空间及其在超薄成像系统中的应用

兔兔

2021-06-11

几个世纪以来，人们致力于改进成像技术，致力于完善和组合镜头，以获得更好的光学性能和新的功能。纳米技术的到来为这项工作带来了称为元透镜的工程表面，它有望使成像设备更加紧凑。然而，这一前景尚未解决的问题是镜头之间的空间，这对图像形成至关重要，但在成像系统中占据了最多的空间。有鉴于此，渥太华大学Orad Reshef等人通过提出光学“空间板”的概念并通过实验演示来解决这个问题，该光学“空间板”可以有效地将光传播的距离远大于板厚度。

本文要点：

1）发展了空间板的一般概念和理论，然后提出了几种物理上可实现的空间板类型。特别是，引入并完全模拟了原理验证多层设计（即“薄膜堆栈”）的操作。这种25层的设计只包含两种材料，几乎没有充分利用现有制造能力的全部潜力，目前的制造能力可以达到一千多层不同的材料。

2）在此基础上，还对另外两种类型的空间板进行了一些实验演示，尽管这些空间板具有适度的压缩系数。这些实验将确定空间板可以是偏振无关的，表现出宽带操作，或具有大数值孔径；因此，在概念上，空间板可以满足所有这三个性能目标。

3）然而，这些目标是否相互兼容，或者是否具有有效的大压缩系数和有效长度d_eff还有待证明。最后，对空间板成为实用装置所必需的进一步进展进行了一些讨论和分析。这种光学系统将缩小未来的成像系统，为超薄单片相机的开发开辟了可能。更广泛地说，空间板可用于小型化隐式操纵光空间分布的重要设备，例如太阳能聚光器、光源准直器、集成光学组件和光谱仪。

Orad Reshef et al. An optic to replace space and its application towards ultra-thin imaging systems. Nat. Commun. 2021, 12 (1), 3512.

DOI: 10.1038/s41467-021-23358-8.

https://www.nature.com/articles/s41467-021-23358-8