可改变焦距的超透镜

将两个光斑加在一起形成一个光点。 （a） 偏振角为30°时聚焦光斑的强度分布。 （b）偏振角为45°时聚焦光斑的强度分布。 无论哪种情况，如果光的设计使得 x 偏振光和 y 偏振光的两个聚焦点之间没有压痕，它就会变成单个聚焦点（黑色实线）。

实验中，在蓝宝石（Al2O3）衬底表面形成膜厚为750 nm的氮化镓（GaN）层，并通过电子束光刻和反应离子刻蚀转换GaN层我们制作了两种类型的超透镜原型，孔径 [5] 分别为 0.1 和 0.01（图 4）。

图4.原型变焦距超透镜的结构

（一）超透镜的电子显微照片。 左下角是光学显微照片。

（二）Meta Lens 的放大电子显微照片。 A组的结构涂成粉红色，B组的结构涂成蓝色。

图5显示了原型可变焦距超透镜光学特性的测量结果。 图5a显示了当光的偏振方向改变时，光斑的形状和位置如何变化。 图5c显示了偏振方向为x方向（θ = 0°）、y方向（θ = 90°）和中间倾斜方向（θ = 45°）时光斑强度分布的测量结果。 从图5a的图表可以看出，随着偏振方向从x方向（θ=0°）到y方向（θ=90°）的变化，光斑的位置从24.5 mm变为28.6 mm，变化了4.1 mm，光斑的大小没有明显变化。 图5b根据图5a的结果绘制了偏振方向与光斑强度峰值位置（对应于焦距）之间的关系。 红线的实验结果表明，焦点位置（焦距）随偏振方向的转换几乎呈线性变化。 图5b中的蓝线是通过理论计算得到的光斑位置。 通过对比两张图，发现原型超透镜的光斑位置与理论计算结果几乎相同。

我们还证实，即使改变焦距，光斑的形状也始终是圆形的，光斑形状不会塌陷。 原型可变焦距超透镜的结构是基于波长为532 nm的绿光设计的，但我们也证实了它作为可变焦距超透镜的功能，适用于从红色到紫色的不同波长的光。

图5.原型变焦距超透镜的光学特性

（一）改变光偏振方向时产生的光斑的强度分布。

（二）偏振方向与光斑位置（对应焦距）之间的关系。 红线为实验结果值，蓝线为理论计算值。

（三）偏振角为0°、45°和90°时产生的光斑强度分布。

展望未来

这项研究成果，实现了一种小型、超薄的镜头，可以高速改变焦距和变焦比。这些镜头可以应用于广泛的领域，包括智能手机相机、增强现实显示器、显微镜和医疗光学，如双筒望远镜和内窥镜。结合超透镜设计的灵活性，允许通过设计人工结构的形状来控制光学功能，有望实现精确定制的高性能光学仪器，以满足特定应用的要求。

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