據(jù)麥姆斯咨詢報道，瑞典查爾姆斯理工大學(xué)（Chalmers University of Technology）研發(fā)的技術(shù)為超表面（metasurfaces）生產(chǎn)制造提供更加簡便的方法，從而使得超薄透鏡的量產(chǎn)接近現(xiàn)實。

近些年，光學(xué)技術(shù)取得了巨大進步：智能手機攝像頭可與數(shù)碼單反相機相媲美，這歸功于更小、更高性能的傳感器和其它電子組件，但鏡頭（透鏡）本身的變化相對較小。在過去的十年中，研究人員開始研究超表面（metasurfaces）技術(shù)，期望革新現(xiàn)有的透鏡。

超表面是指一種厚度小于波長的人工層狀材料，可以通過亞波長的微結(jié)構(gòu)來調(diào)控電磁波的偏振、相位、振幅、頻率等特性，是一種結(jié)合了光學(xué)與納米科技的新興技術(shù)。超表面可視為超材料的二維對應(yīng)。

雖然，超表面是一些熱門光學(xué)應(yīng)用（如激光雷達）的“誘人”材料，但是，迄今為止，超表面的制造仍然涉及昂貴且復(fù)雜的工藝，阻礙了其廣泛應(yīng)用。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的研究項目現(xiàn)已開發(fā)出一種新方法來制造相位梯度（phase-gradient）超表面，旨在減少加工時間和所涉及的安全隱患。這項工作發(fā)表在ACS Photonics上。

“目前，超表面需采用要求很高的工藝制造而成，這些工藝通常涉及透明電介質(zhì)的沉積，然后再進行光刻、沉積、蝕刻等步驟。”該項目研究人員在發(fā)表的論文中寫道，“我們研發(fā)了一種經(jīng)濟有效的替代材料平臺和制造方法——易用、可擴展且基于無害化學(xué)物質(zhì)，能夠極大地加速基于超表面的光學(xué)元件的發(fā)展進程及產(chǎn)業(yè)影響。”

該研究團隊的解決方案涉及在半導(dǎo)體制造工藝中使用一種標(biāo)準(zhǔn)的負(fù)性光刻膠材料，該材料可以通過電子束曝光變硬。如果使用合適的掩模來圖形化材料，則負(fù)性光刻膠自身就可以形成超表面，從而將制造工藝流程限制為基本上僅需單步光刻。

尤其是，該項目明確了：使用現(xiàn)有的負(fù)性光刻膠材料及新的制造方法，可以實現(xiàn)通往“聚合物超表面”之路。這是一類對光學(xué)應(yīng)用具有吸引力的超材料，但迄今為止尚未得到廣泛探索。

該研究團隊的新方法包括將所選的聚合物負(fù)性光刻膠材料旋涂到玻璃板上，然后通過單次電子束光刻曝光對其進行圖形化，以在表面生成高深寬比的納米鰭（nanofin）結(jié)構(gòu)，從而可以產(chǎn)生超材料的行為。

新方法通過電子束光刻技術(shù)進行負(fù)性光刻膠材料的圖形化。宏觀尺寸的超表面透鏡可以在幾個小時內(nèi)制作完成，這比任何現(xiàn)有的基于EBL的方法都快得多。

由負(fù)性光刻膠材料制成的雙折射納米鰭（nanofin）可用于超表面

大規(guī)模量產(chǎn)超表面

瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的丹尼爾·安德烈（Daniel Andren）表示：“我們可以在塑料薄膜上制作復(fù)雜的圖形，這種塑料薄膜在顯影之后將構(gòu)成超表面。“最終制造出的光學(xué)元件可以像普通相機鏡頭一樣匯聚光線，但它的厚度要薄數(shù)千倍，并且也可以靈活使用。”

為了檢驗新方法，該研究團隊在實驗室利用一個下午就制造出直徑為1厘米的凸透鏡，該透鏡由超過6億個獨立的納米級元件組成。然后，在直徑為400微米的物體上進行的成像試驗表明，所得的圖像清楚地顯示了目標(biāo)物體的最佳細(xì)節(jié)。

該研究團隊還構(gòu)建了具有異常反射特性的光柵和圓柱形超透鏡，這表明該制造方法與柔性塑料支架和作為襯底的金屬鏡都兼容。

由負(fù)性光刻膠材料制成的透射式超透鏡，用于聚焦和成像

在柔性襯底和反射襯底上制作的超表面

該方法可能對創(chuàng)建平面消色差光學(xué)元件特別有價值。根據(jù)該研究團隊的說法，聚合物的折射率色散通常較低，這可能使其成為此類光學(xué)元件的合適材料。去年，哈佛超材料實驗室的先驅(qū)——費德里科·卡帕索（Federico Capasso）創(chuàng)造了一種由非對稱納米鰭（nanofins）組成的消色差超透鏡，能夠?qū)⒐饩劢乖诳梢姽庾V范圍內(nèi)而不會出現(xiàn)像差，這再次證明了這種消色差超材料的潛力。

“我們的新方法可能是邁向大規(guī)模量產(chǎn)超表面的重要一步。”瑞典查爾姆斯理工大學(xué)物理系Ruggero Verre評論道，“這就是我們努力實現(xiàn)的目標(biāo)。超表面可以創(chuàng)造不同的光學(xué)應(yīng)用效果，并提供各種技術(shù)實現(xiàn)的可能性。最好的還在后面，敬請關(guān)注。”