單反鏡頭要扔了！哈佛研製出超材料鏡頭登科學封面

二氧化鈦超材料鏡頭 圖片來源：哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院

高檔相機極為笨重，原因是相機內部塞滿厚厚鏡片，因此沉重不堪。傳統玻璃鏡片為弧形，藉此把光線聚焦到相機感光元件上，鏡頭越貴、影像越好，由於製作過程需要精準研磨、拋光，不能有絲毫誤差，價格居高不下。

哈佛研發出的超材料鏡片不使用玻璃，改在透明石英上放滿柱狀的氧化鈦，高度僅有 600 納米，被稱為全球「最迷你的巨石陣」。這些氧化鈦以特殊方式排列，雖然是平面，卻能像弧形的玻璃鏡片一樣聚焦光線，而且比頭髮更細、跟空氣一樣輕。

哈佛團隊測試發現，超材料鏡片的影像比 55 毫米的顯微鏡更銳利，厚度卻只有傳統鏡片的十萬分之一。不僅如此，哈佛新鏡片的製造成本將相當低廉，氧化鈦並非罕見原料，其實就是畫畫用的白漆，而且這種鏡片能像晶圓一樣大量生產。哈佛應用物理暨電機教授 Federico Capasso 表示，此一技術是潛在的革命性創舉，適用於所有可見光，能取代各種鏡片，如顯微鏡、相機、顯示器、智能手機等。超材料鏡片成本只要傳統鏡片的一小部分，未來有望大規模生產，以生產晶圓的方式量產。這也表示，技術成熟之後，數碼單反相機（DSLR）鏡頭將可塞入智能手機里，智能手機照片功能將更為出色。

它可能很小，但卻是一大壯舉。一項日前發表於《科學》雜誌的研究顯示，科學家研製出一種比其聚焦的光波還薄的鏡頭。這類由扭曲光線的超材料製成的鏡頭，或許有一天能替代用於從顯微鏡到手機攝像頭的所有物件的較重玻璃鏡頭。

在普通鏡頭中，幾毫米甚至幾厘米厚的彎曲玻璃表面將光線重新定向至一個普通的焦點。為改善成像，比如說去掉畸變或者確保不同光線波長均被正確聚焦，人們不得不持續增加玻璃層。

於是，照相機、顯微鏡和望遠鏡部分受到其所需鏡頭的大小和重量的限制。

「虛擬現實擁有同樣的問題。」和美國哈佛大學研究人員Federico Capasso領導的團隊合作設計出新鏡頭的Reza Khorasaninejad介紹說，「它們想擁有高解析度的成像系統，但最終擁有的是沉重的頭盔。」

相反，超材料能利用和光波波長本身同樣小或者比其更小的結構，將光線朝著一個普通點彎曲。「我們的鏡頭是平的，但我稱其為虛擬彎曲。」Khorasaninejad表示。

該團隊利用電子束，從一大塊二氧化鈦中「雕刻」出納米薄膜——整體看上去像全球最小巨石陣的600納米高方塊。他們將該鏡頭安裝到一片提供剛性背襯但無須自己聚焦任何光線的薄玻璃上。通過二氧化鈦鏡頭，納米薄膜被沿著不同的角度旋轉，以捕捉使其將光線聚焦在一起的偏振光。

他們測試了3種被調整到紅色、綠色和紫色光線的鏡頭。和擁有類似光學性質的55毫米厚尼康顯微鏡相比，每種都能更加敏銳地聚焦光線，即便這種600納米厚的超材料鏡頭比尼康的薄10萬倍。同時，有別於此前處理可見光波長的超材料鏡頭，這種設計不會在處理過程中失去很多光線。

【科幻直通車：我我我的那些鏡頭！單反毀一生呀！以後手機拍攝效果可能都能達到紅圈金圈的水平了，嗚嗚嗚。】

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