用超材料制造新型光學(xué)設(shè)備

美國杜克大學(xué)的工程師近日利用超材料制造出可利用紅外光形成全息圖的新型光學(xué)設(shè)備。研究人員表示，利用復(fù)雜多樣的超材料，將極大地提高人類控制光的能力，改變光學(xué)的面貌。該研究發(fā)表在《自然—材料學(xué)》雜志上。

超材料不是由單一物質(zhì)組成，而是一些具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料。通過在材料的關(guān)鍵物理尺度上的有序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，突破了某些表觀自然規(guī)律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質(zhì)的超常功能。

傳統(tǒng)的光學(xué)設(shè)備一般都擁有高度拋光表面的透鏡，透鏡由透明玻璃或塑料物質(zhì)制成，其控制光的能力受天然材料的性能所限制。而利用超材料制成的新光學(xué)設(shè)備沒有傳統(tǒng)的透鏡，它更像一個(gè)小型百葉窗，但其控制光線方向的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)鏡頭。研究人員把用于制造計(jì)算機(jī)芯片的材料制成薄磚形狀，然后將金屬元素蝕刻在這些薄磚上，形成格狀圖案。研究人員表示，金屬元素的排列方式具有無限的可能，可按照所需的光學(xué)特性來設(shè)計(jì)其排列方式。

杜克大學(xué)的工程師指出，雖然這一進(jìn)展是在特定波長的光中實(shí)現(xiàn)的，但使用同樣的原理來設(shè)計(jì)和制造超材料，可以控制大多數(shù)頻率的光，并可以根據(jù)超材料的結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)更為先進(jìn)和復(fù)雜的光學(xué)設(shè)備。人類制造光學(xué)設(shè)備的能力受限于天然材料的情況將隨著超材料的應(yīng)用而一去不返，今后人類在處理光的過程中會(huì)更加得心應(yīng)手。

雖然人類對(duì)光的認(rèn)識(shí)遠(yuǎn)沒有得到十分滿意的結(jié)果，但對(duì)光的研究和應(yīng)用卻從來沒有停止過，特別是近幾十年來，光學(xué)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)日新月異的新時(shí)代，光學(xué)已經(jīng)成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)最活躍最前沿的領(lǐng)域之一。杜克大學(xué)利用超材料的新方法為制造先進(jìn)的光學(xué)設(shè)備打開了一扇大門。該方法很容易拓展到應(yīng)用廣泛的光學(xué)器件，且新器件在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用會(huì)更廣泛。