平板透镜可以减少传统球面透镜容易出现的光学像差和像散，并有可能开拓传统透镜不适合的新应用领域。超表面和超材料是这些平板透镜结构的关键组成部分，但是其工艺复杂且成本昂贵。

近日，斯文伯恩理工大学的研究小组找到了一种可能的解决方案，并演示了飞秒激光如何对金属表面产生局部表面结构，使这种材料起到平板透镜的作用。该工艺可以应用于二维金属单层膜上，以生产超薄平板透镜，这可以满足薄金属层中透镜行为所需的相位和振幅调制。

图1 用飞秒激光产生所需图案的纳米粒子，制作单层 TMDC 透镜

斯文伯恩理工大学的Han Lin评论道：“我们使用了世界上最薄的材料制造了一个平板透镜，并证明了超薄透镜的良好性能可以实现高分辨率成像。”

该项目的原材料是过渡金属硫化物（TMDC），其中过渡金属与硫、硒或碲配对。由于其强烈的光物质的相互作用，它们被认为是下一代纳米光电子器件的希望候选材料，但迄今为止，将它们用于超薄形式，只能制造出分辨率有限的透镜。

该团队设计的新制造工艺将800纳米100飞秒激光聚焦到TMDC化合物的单晶单层上，第一个目标是厚度约0.7纳米的WSe2单层。测试其光学性能，结果表明所制备的TMDC透镜具有亚波长横向分辨率和31%的聚焦效率。

“更重要的是，凭借如此高的聚焦性能，我们首次证明了单层范德瓦尔斯材料透镜的衍射极限成像能力，”研究小组指出。

研究小组认为，这种方法可以通过使用二维材料来缩小光学器件的尺寸，同时也可以作为显微镜、望远镜和照相机的透镜应用。

“我们可以将单层二维材料透镜整合到所需的设备上，只需将材料连接起来，然后使用飞秒激光进行制造。”项目成员Qiaoliang Bao评论道，“整个过程简单，方法灵活，成本低，具有很大的应用潜力。”

来源：https://optics.org/news/11/8/26/flatlens_aug20

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