南科大徐少林团队提出全玻璃纳米孔超构透镜设计

超构透镜是一种由亚波长结构单元组成的平面光学器件，能通过精确调控光波的相位、振幅及偏振特性，实现对光场的高效操控。与传统光学透镜相比，超构透镜具有轻薄化、紧凑化及多功能集成等显著优势，在成像、显示、传感等领域展现出巨大应用潜力。然而，传统纳米柱超构透镜因受限于结构单元的纵横比与占空比约束，常面临相位延迟不足的瓶颈问题，严重制约其性能提升与功能拓展。

针对这一挑战，南方科技大学机械与能源工程系副教授徐少林团队提出全玻璃纳米孔超构透镜设计，通过采用亚波长周期、深度可调且占空比固定的高深径比纳米孔作为相位调制单元，成功实现线性2π相位延迟，显著提升光波调制性能。相关研究成果以“All-glass Nanohole Metalens by Non-diffracting Laser Lithography”为题，发表在《Laser & Photonics Reviews》上。

在此基础上，团队开发了非衍射贝塞尔光束光刻技术（图1），利用凹锥透镜相位图调制的贝塞尔光束特性，确保纳米孔沿深度方向的直径一致性。结合热退火与化学刻蚀后处理工艺，最终制备出周期低至800 nm、深度超10 μm且形貌可控的无损纳米孔阵列。该技术在1.55 μm通信波长下的调制效率达97%，并成功制备了直径2 cm的大面积超构透镜及轴棱镜、涡旋波片、闪耀光栅等多类光学器件（图2）。这一突破不仅攻克了传统超构透镜的相位延迟限制，更通过超快激光加工技术实现了高精度、高效率的微纳制造，为低成本定制化超构透镜的产业化应用提供了全新解决方案。

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图1.全玻璃纳米孔超构透镜超快激光加工示意图（a）无衍射贝塞尔激光加工方法示意图；（b）加工的纳米孔断面表征；（c）大面积超构透镜照片及成像效果

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图2.多样化超构透镜（a-c）闪耀光栅；（d-g）超大底角（17°）锥透镜；（h,i）八阶涡旋波片

南方科技大学机械与能源工程系博士后徐康和硕士郑满冬为共同第一作者，徐少林为通讯作者，南方科技大学为论文第一单位。

相关链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202402006