用超材料制造新型光学设备

用超材料制造新型光学设备

美国杜克大学的工程师近日利用超材料制造出可利用红外光形成全息图的新型光学设备。研究人员表示，利用复杂多样的超材料，将极大地提高人类控制光的能力，改变光学的面貌。该研究发表在《自然—材料学》杂志上。

超材料不是由单一物质组成，而是一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的有序结构设计，突破了某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常功能。

传统的光学设备一般都拥有高度抛光表面的透镜，透镜由透明玻璃或塑料物质制成，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学设备没有传统的透镜，它更像一个小型百叶窗，但其控制光线方向的能力远远超过了传统镜头。研究人员把用于制造计算机芯片的材料制成薄砖形状，然后将金属元素蚀刻在这些薄砖上，形成格状图案。研究人员表示，金属元素的排列方式具有无限的可能，可按照所需的光学特性来设计其排列方式。

杜克大学的工程师指出，虽然这一进展是在特定波长的光中实现的，但使用同样的原理来设计和制造超材料，可以控制大多数频率的光，并可以根据超材料的结构来设计更为先进和复杂的光学设备。人类制造光学设备的能力受限于天然材料的情况将随着超材料的应用而一去不返，今后人类在处理光的过程中会更加得心应手。

虽然人类对光的认识远没有得到十分满意的结果，但对光的研究和应用却从来没有停止过，特别是近几十年来，光学发展进入了一个日新月异的新时代，光学已经成为现代科学技术最活跃最前沿的领域之一。杜克大学利用超材料的新方法为制造先进的光学设备打开了一扇大门。该方法很容易拓展到应用广泛的光学器件，且新器件在现实中的应用会更广泛。