平板透鏡可以減少傳統(tǒng)球面透鏡容易出現(xiàn)的光學(xué)像差和像散，并有可能開(kāi)拓傳統(tǒng)透鏡不適合的新應(yīng)用領(lǐng)域。超表面和超材料是這些平板透鏡結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分，但是其工藝復(fù)雜且成本昂貴。

近日，斯文伯恩理工大學(xué)的研究小組找到了一種可能的解決方案，并演示了飛秒激光如何對(duì)金屬表面產(chǎn)生局部表面結(jié)構(gòu)，使這種材料起到平板透鏡的作用。該工藝可以應(yīng)用于二維金屬單層膜上，以生產(chǎn)超薄平板透鏡，這可以滿足薄金屬層中透鏡行為所需的相位和振幅調(diào)制。

圖1 用飛秒激光產(chǎn)生所需圖案的納米粒子，制作單層 TMDC 透鏡

斯文伯恩理工大學(xué)的Han Lin評(píng)論道：“我們使用了世界上最薄的材料制造了一個(gè)平板透鏡，并證明了超薄透鏡的良好性能可以實(shí)現(xiàn)高分辨率成像。”

該項(xiàng)目的原材料是過(guò)渡金屬硫化物（TMDC），其中過(guò)渡金屬與硫、硒或碲配對(duì)。由于其強(qiáng)烈的光物質(zhì)的相互作用，它們被認(rèn)為是下一代納米光電子器件的希望候選材料，但迄今為止，將它們用于超薄形式，只能制造出分辨率有限的透鏡。

該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的新制造工藝將800納米100飛秒激光聚焦到TMDC化合物的單晶單層上，第一個(gè)目標(biāo)是厚度約0.7納米的WSe2單層。測(cè)試其光學(xué)性能，結(jié)果表明所制備的TMDC透鏡具有亞波長(zhǎng)橫向分辨率和31%的聚焦效率。

“更重要的是，憑借如此高的聚焦性能，我們首次證明了單層范德瓦爾斯材料透鏡的衍射極限成像能力，”研究小組指出。

研究小組認(rèn)為，這種方法可以通過(guò)使用二維材料來(lái)縮小光學(xué)器件的尺寸，同時(shí)也可以作為顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡和照相機(jī)的透鏡應(yīng)用。

“我們可以將單層二維材料透鏡整合到所需的設(shè)備上，只需將材料連接起來(lái)，然后使用飛秒激光進(jìn)行制造。”項(xiàng)目成員Qiaoliang Bao評(píng)論道，“整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)單，方法靈活，成本低，具有很大的應(yīng)用潛力。”