新技術(shù)

據(jù)最新一期《科學(xué)進(jìn)展》雜志報(bào)道，受人眼啟發(fā)，美國(guó)研究人員開發(fā)出一種自適應(yīng)超透鏡，其本質(zhì)上是一種電子控制的平面人造眼睛。

這種自適應(yīng)超透鏡可同時(shí)控制構(gòu)成圖像的三個(gè)主要因素：焦距、散光和像移。哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)稱，新研究將人造肌肉技術(shù)與超透鏡技術(shù)的最新進(jìn)展相結(jié)合，創(chuàng)造出的可調(diào)節(jié)超透鏡能像人眼一樣實(shí)時(shí)調(diào)整焦距，在加強(qiáng)人眼無(wú)法自然做到的畸變（散光和像移）動(dòng)態(tài)矯正能力方面邁出了堅(jiān)實(shí)一步。

為了構(gòu)造人造眼睛，研究人員對(duì)超透鏡進(jìn)行了放大。超透鏡聚焦光線并通過(guò)密集的納米結(jié)構(gòu)圖案（每個(gè)納米結(jié)構(gòu)都小于光線的波長(zhǎng)）消除球面像差。納米結(jié)構(gòu)之小造成透鏡信息密度極高，超透鏡從100微米轉(zhuǎn)換到1厘米時(shí)，描述透鏡的信息增加1萬(wàn)倍，文件大小增至吉字節(jié)乃至太字節(jié)級(jí)。為此，研究人員開發(fā)出一種文件壓縮新算法，使超透鏡可兼容現(xiàn)有的集成電路制造技術(shù)。

之后，研究人員將大型超透鏡黏附到人造肌肉上，且不影響其聚光能力。透鏡和人造肌肉的總厚度只有30微米。在人眼中，睫狀肌圍繞著晶狀體，可拉伸或收縮晶狀體的形狀來(lái)調(diào)整焦距。研究人員選擇了一種低損耗的、薄且透明的介電彈性體附著在透鏡上，以保證光線通過(guò)材料時(shí)的散射會(huì)很小，并通過(guò)施加電壓來(lái)控制彈性體。當(dāng)彈性體拉伸時(shí)，透鏡表面的納米柱位置發(fā)生改變。控制納米柱相對(duì)于其鄰居的位置以及結(jié)構(gòu)的總位移，可調(diào)諧超透鏡。研究表明，這種超透鏡可以同步調(diào)焦，控制散光和像移造成的像差。

研究人員稱，此項(xiàng)成果展現(xiàn)了嵌入式光學(xué)變焦和自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)的可行性，可廣泛應(yīng)用于手機(jī)攝像頭、眼鏡、虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)器件等。未來(lái)光學(xué)顯微鏡亦可借此實(shí)現(xiàn)全電子操作，同時(shí)校正大量像差。新研究也為半導(dǎo)體制造和透鏡制造兩個(gè)行業(yè)的融合提供了可能，未來(lái)制造計(jì)算機(jī)芯片的技術(shù)同樣可用于制造基于超表面的光學(xué)器件。

這項(xiàng)研究是一次材料學(xué)和計(jì)算機(jī)學(xué)的“聯(lián)姻”?？茖W(xué)家們采用納米結(jié)構(gòu)圖案來(lái)消除球面像差，又用壓縮算法使超透鏡能兼容集成電路制造技術(shù)。不過(guò)，超透鏡也不止于模擬人眼。超透鏡很輕薄，如果它能代替?zhèn)鹘y(tǒng)光學(xué)裝置中那些鏡頭組，就能讓手機(jī)、相機(jī)都變小。研究者說(shuō)，他們有望進(jìn)一步設(shè)計(jì)出能糾正散光和像移的超透鏡，這是人眼所不具備的。

馮衛(wèi)東 據(jù)科普中國(guó)