超材料透镜将彻底颠覆相机镜头

超材料（Metamaterial）是光子晶体研究中的最尖端科技项目之一。不久前，《科学》杂志发表了一篇来自哈佛大学相关研究团队的论文，其中所述研究成果证明，他们所研发出来的超材料将彻底颠覆我们所熟知的镜头镜片。

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光波在通过超材料镜片（图上）与普通光学镜片时的聚光示意图。

据悉，哈佛大学的这支研究团队利用高度约为600纳米的二氧化钛“纳米砖”，造出了一块完全“平整”，薄如纸片的“聚光镜片”。这块超材料镜片的有效放大倍率高达170倍，并且具备优异的成像分辨率。试验阶段的超材料镜片已能与常规光学玻璃透镜的分辨率媲美。

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光线通过时的纳米结构状态，该结构也可以用扑克牌来模拟。

那这个超材料镜片是怎么回事呢？简单来说，它就是一“张”使用纳米砖堆砌排列得异常规整，且具备负折射率的纳米结构镜片。由于这些纳米结构的尺寸小于光的波长，所以它可以借由改变自身的形状、大小和排列方式，或阻断、或吸收、或增强、或折射经过期间的光子，进而实现我们所熟知的光的“聚焦”。

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应用超材料镜片的镜头造价比传统玻璃镜头要便宜得多，并且它还能够完全兼容硅芯片技术。一旦研究人员能够利用这种金属镜头将整个可见光谱整合到相同焦距之下，它们就能被放入智能手机、显微镜、DSLR或其他成像设备中使用。

但是，由于目前的超材料镜片对通过广播的波长很“挑剔”，例如在红光中能聚焦的超材料镜片，在绿光中可能就无法聚焦，所以目前它还无法像普通光学玻璃那样应用在光学镜片领域（如相机、手机的镜头），只能在使用激光等波长单一的电磁波的仪器中使用。不过，哈佛大学的这支研究团队也表示，他们正在尝试克服复合波长的光波在超材料镜片中通过的难题，一旦攻克难关，那将给我们所熟知的光学应用领域带来颠覆性的变化。举例来说，应用超材料镜片的相机镜头可能会变得像纸片那么薄，并且不再存在“凸镜”天生的畸变和边缘成像衰减问题。

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放大后就能看到，约600纳米高的二氧化钛纳米砖块“堆砌”而成的超材料镜片，通过不同的排列方式控制光波的通过状态。这与传统光学镜片是有本质区别的。这种结构也让它成本更低。