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        镜头是使用最广泛的光学器件。 例如，相机镜头或物镜通过将光线对准焦点来产生清晰的照片或视频。 近几十年来，光学领域的发展速度从传统的笨重相机转变为今天的紧凑型智能手机相机就是例证。

         即使是高性能智能手机相机也仍然需要一堆镜头，这些镜头通常占据手机最厚的部分。 此大小约束是一个经典镜头设计的固有特性 -- 厚镜头对于弯曲光线以在相机传感器上捕捉清晰图像至关重要。

         过去十年来，光学领域的重大进步试图克服这一限制，并提出了超透镜形式的解决方案。 它们是扁平的，性能与普通镜片相同，不仅比普通人的头发细 40 倍，而且重量轻，因为它们不需要由玻璃制成。

         A 特别版超表面由宽度和高度仅为 100 纳米（1 纳米是十亿分之一米）的结构组成，改变了光线的方向。 使用这种纳米结构，研究人员可以从根本上减小晶状体的尺寸并使其更加紧凑。

         当与特殊材料结合时，这些纳米结构可用于探索光的其他不寻常特性。 一个例子是非线性光学，其中光从一种颜色转换为另一种颜色。 绿色激光笔有效根据这一原理：红外光穿过高质量的晶体材料并产生波长为一半的光——在本例中为绿光。 产生这种效果的一种著名材料是铌酸锂。 这在电信行业中用于制造将电子设备与光纤连接起来的组件。

         Rachel Grange 是苏黎世联邦理工学院量子电子研究所的教授，从事纳米结构制造的研究用这样的材料。 她和她的团队开发了一种新工艺，允许使用铌酸锂来制造超透镜。 该研究最近发表在《先进材料》杂志上。

         对于她的新方法，这位物理学家将化学合成与精密纳米工程相结合。 “含有铌酸锂晶体前驱体的溶液可以在液态时进行冲压。 它的工作方式类似于古腾堡的印刷机，“共同第一作者 Ülle-Linda与 Rachel Grange 合作的博士生 Talts 解释说。 一旦材料被加热到 600°C，它就会具有晶体特性，能够像绿色激光笔一样转换光。

         该过程有几个优点。 使用传统方法生产铌酸锂纳米结构很困难，因为它非常稳定和坚硬。 据研究人员称，这项技术适合大规模生产，因为逆模可以多次使用，允许根据需要打印任意数量的超透镜。 与其他铌酸锂微型光学器件相比，它的制造更具成本效益和速度。

         产生新光的超薄透镜

         使用这种技术，Grange 小组的 ETH 研究人员成功地创造了第一个具有精确设计纳米结构的铌酸锂超透镜。 在作为普通聚焦镜头工作的同时，这些设备可以同时改变激光。 当波长为 800 纳米的红外光通过超透镜发射时，波长为 400 纳米的可见光辐射从另一侧出现，并指向指定点。

         正如 Rachel Grange 所说，这种光转换的魔力只有通过超薄超透镜的特殊结构及其材料成分才能实现，这种材料允许发生所谓的非线性光学效应。 此效果不仅限于定义的激光波长，使该工艺在广泛的应用中具有高度的通用性。

         从防伪钞票到下一代显微镜工具，

         超透镜和类似的全息图生成纳米结构可用作安全功能，使钞票和证券防伪，并保证艺术品的真实性。 它们的确切结构太小，无法使用可见光看到，而它们的非线性材料特性允许可靠的身份验证。

         研究人员还可以使用简单的相机探测器来转换和控制激光的发射，使红外光（例如在传感器中）可见。 或者用于减少最先进的电子产品制造中深紫外光图案化所需的设备。

         这种超薄光学元件领域（称为超表面）是物理学、材料科学和化学之间一个相对年轻的研究分支。 “我们有到目前为止，我们只是触及了表面，他们非常高兴地看到这种具有成本效益的新技术在未来将产生多大的影响，“Grange 强调说。