用超材料制造新型光學設備

用超材料制造新型光學設備

美國杜克大學的工程師近日利用超材料制造出可利用紅外光形成全息圖的新型光學設備。研究人員表示，利用復雜多樣的超材料，將極大地提高人類控制光的能力，改變光學的面貌。該研究發表在《自然—材料學》雜志上。

超材料不是由單一物質組成，而是一些具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工復合結構或復合材料。通過在材料的關鍵物理尺度上的有序結構設計，突破了某些表觀自然規律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質的超常功能。

傳統的光學設備一般都擁有高度拋光表面的透鏡，透鏡由透明玻璃或塑料物質制成，其控制光的能力受天然材料的性能所限制。而利用超材料制成的新光學設備沒有傳統的透鏡，它更像一個小型百葉窗，但其控制光線方向的能力遠遠超過了傳統鏡頭。研究人員把用于制造計算機芯片的材料制成薄磚形狀，然后將金屬元素蝕刻在這些薄磚上，形成格狀圖案。研究人員表示，金屬元素的排列方式具有無限的可能，可按照所需的光學特性來設計其排列方式。

杜克大學的工程師指出，雖然這一進展是在特定波長的光中實現的，但使用同樣的原理來設計和制造超材料，可以控制大多數頻率的光，并可以根據超材料的結構來設計更為先進和復雜的光學設備。人類制造光學設備的能力受限于天然材料的情況將隨著超材料的應用而一去不返，今后人類在處理光的過程中會更加得心應手。

雖然人類對光的認識遠沒有得到十分滿意的結果，但對光的研究和應用卻從來沒有停止過，特別是近幾十年來，光學發展進入了一個日新月異的新時代，光學已經成為現代科學技術最活躍最前沿的領域之一。杜克大學利用超材料的新方法為制造先進的光學設備打開了一扇大門。該方法很容易拓展到應用廣泛的光學器件，且新器件在現實中的應用會更廣泛。