如何利用电可调的双模超构透镜实现明场成像和边缘增强成像

据麦姆斯咨询报道，近期，来自韩国浦项科技大学（Pohang University of Science and Technology）和成均馆大学（Sungkyunkwan University）的合作科研小组成功设计了一种电可调的双模超构透镜（metalens）——可以利用单个超构透镜实现不同成像模式（明场成像和边缘增强成像）的切换。相关研究工作以“Bright-Field and Edge-Enhanced Imaging Using an Electrically Tunable Dual-Mode Metalens”为题发表于ACS Nano期刊。

通常，在拍摄物体的过程中，会采用两种不同的模式：（1）“正常”模式，即明场成像，获取常规的基本信息；（2）“边缘”模式，即边缘增强成像，仅专注于勾勒物体的轮廓。传统上，这两种模式都需要单独的镜头，每个镜头都有不同的配置。然而，为了应对电子设备小型化和轻量化设计的最新趋势，研究人员一直在努力将两种模式集成于单个镜头。

在韩国科研人员的最新研究工作中，他们利用超构透镜解决了上述问题。该超构透镜由纳米级人造结构构成，可以通过电调控的方式动态改变焦点位置。通过微调人造结构的尺寸、形状和旋转方向等参数，该科研团队成功设计了一种双模成像超构透镜，能够根据光偏振旋转方向在正常模式和边缘模式之间转换。

该超构透镜可以通过调节施加到液晶层的电压来快速改变焦点位置，从而可以在短短几毫秒内快速进行模式切换，与液晶切换的速度相匹配。

电可调的双模超构透镜

在这项研究中，该科研团队采用氢化非晶硅作为超构透镜的纳米结构材料，面向可见光成像应用。该材料在可见光区域的损耗小，从而使红色、绿色和蓝色波长的透镜效率分别达到32.3%、31.7%和20.4%。通过在单个超构透镜中集成两种不同的模式，该科研团队实现了高分辨率图像的采集。

论文作者Junsuk Rho教授说道：“我们现在可以在生物成像等应用（例如小型化显微镜）中快速捕获高分辨率图像，包括细胞反应和药物筛选。”此外，他还乐观地表示：“我希望这项创新能够在智能手机、虚拟现实（VR）和增强现实（AR）设备以及激光雷达系统等各个领域发挥重要作用。”

审核编辑：刘清