麻省理工制造出新型超透镜：无需倾斜或移动也能变焦

几个世纪以来，抛光玻璃一直是成像系统的中心部件，它们的精确曲率使镜头能够聚焦光线并产生清晰的图像，无论所观察的物体是一个晶体、一本书的书页、还是遥远的星系。

镜头改变焦点以在所有这些比例下清晰可见，譬如照相机从长焦镜头变为近焦镜头或微距镜头，通常需要通过倾斜、滑动或以其他方式移动镜头来物理聚焦镜头，通常需要借助大量显微镜和望远镜所需要的机械部件。

现在，麻省理工学院的工程师制造出了一种新型的“Metalens”（超透镜），可以聚焦在多个深度的物体上，而无需改变其物理位置或形状。透镜不是由实心玻璃制成，而是由透明的“相变”材料制成，该材料在加热后可以重新排列其原子结构，从而改变材料与光相互作用的方式。

麻省理工研究人员用微小的、精确图案化的结构蚀刻材料的表面，这些结构作为“超表面”（metasurface）一起工作，以独特的方式折射或反射光。随着材料性质的变化，超表面的光学功能也随之变化。在这种情况下，当材料处于室温时，超表面会聚光以在一定距离之外生成物体的清晰图像。材料加热后，其原子结构发生变化，作为响应，超表面将光重新定向以聚焦在更远的物体上。

这样，这种成像的新颖设计可以启用更灵活的光学设备，例如无人机的微型加热镜、手机的超紧凑型热像仪、更为实用的夜视镜等。

麻省理工学院材料研究实验室科学家、顾天（Tian Gu）说：“我们的研究结果表明，我们的超薄可调透镜没有移动部件，可以实现位于不同深度的重叠物体的无像差成像，可与传统的笨重的光学系统相媲美。”

顾和他的同事将研究结果发表在《自然.通讯》杂志上。合著者包括麻省理工学院的胡觉军，Mikhail Shalaginov，张艺非，张凡，苏Peter，卡洛斯·里奥斯，杜庆阳和阿努拉达·阿加瓦尔。麻省理工学院林肯实验室的Vladimir Liberman，Jeffrey Chou和Christopher Roberts；麻省洛厄尔大学，中佛罗里达大学和洛克希德·马丁公司的合作者。

材料调整

新镜头由相变材料制成，研究团队通过调整可擦写CD和DVD中常用的材料来制造。它被称为GST，它包含锗、锑和碲，其内部结构在被激光脉冲加热时会发生变化。这使材料可以在透明状态和不透明状态之间进行切换，这种机制使CD中存储的数据能够被写入、擦除和重写。

今年早些时候，研究人员报告称，在GST中添加了另一种元素硒，以制造新的相变材料：GSST。当他们加热新材料时，其原子结构从无定形、无序的原子缠结转变为更有序的晶体结构。这种相移还改变了红外光穿过材料的方式，影响了折射能力，但对透明度的影响却很小。