中国科学院 飞秒激光制作单层TMDC透镜示意图
插图:(1)单层TMDC单晶的原子力显微镜图像，(2)飞秒激光诱导生成MOx纳米粒子的示意图
信用:、徐再泉、曹桂元、、周家栋、、万、、钱平陆、程、宝、佳 一种由单层二维过渡金属二元化合物制成的超薄光学透镜可以为下一代成像器件铺平道路
由教授领导的国际研究团队
来自澳大利亚史文朋科技大学的包华·贾利用飞秒激光在晶体上刻写纳米粒子图案
该透镜具有亚波长分辨率和31%的三维聚焦效率，为用于纳米光学和片上光子应用的光学器件奠定了基础
镜片是日常生活中最常用的光学元件之一，包括眼镜、显微镜物镜、放大镜和照相机镜头
传统的透镜是基于光折射原理，利用不同的材料、球面和空间位置来实现对光的控制
传统镜片的制造，包括材料选择、切割、粗磨、细磨、抛光和测试过程
为了使包括色差、球差和像散在内的像差最小化，需要堆叠多层透镜以形成复合透镜，这导致了当前照相机设备的复杂性和繁琐性
因此，在超薄平板透镜的开发上投入了巨大的努力
与传统透镜不同，平面透镜使用纳米结构来调制光
通过控制每个纳米元件的光学特性和空间位置，可以实现高级功能，例如消色差和无像差聚焦、高空间分辨率和特殊的聚焦强度分布
然而，当材料厚度减小到亚波长尺度时，基于材料的固有折射率和吸收的不充分的相位或振幅调制导致较差的透镜性能
在《光科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，一组科学家，由教授领导
包华·贾，澳大利亚史文朋科技大学翻译材料中心教授
鲍，原名莫纳什大学教授
新加坡国立大学的·邱(音译)和他的同事开发了一种创新的方法，利用飞秒激光在二维过渡金属双金属()材料中制作高性能透镜，并在纳米粒子上形成图案
该透镜具有亚波长分辨率和31%的聚焦效率，为最终用于纳米光学和片上光子应用的薄光学器件奠定了基础
尽管以前已经证明了由多层薄膜晶体管制成的透镜，但是当它们的厚度减小到亚纳米尺度时，它们不足的相位或振幅调制导致聚焦效率小于1%
国际团队发现，利用飞秒激光束与单层TMDC材料相互作用，可以产生纳米粒子，这与连续波激光产生纳米粒子的过程有很大不同
当激光脉冲太短，以至于整个材料在激光处理后保持低温时，纳米粒子可以牢固地附着在基底上
纳米粒子表现出很强的散射来调节光的振幅
因此，由纳米粒子制成的透镜可以提供亚波长分辨率和高效率，这使得该团队能够通过使用透镜来演示衍射受限成像
示意图显示了使用单层TMDC透镜的衍射受限成像
大规模单层TMDC透镜的光学显微镜图像(直径300微米，f1 = 300微米)
物体字母“F”的光学显微镜图像
物体的二阶图像
“F”的一阶象
美国空军标准板的光学显微镜图像
美国空军标准板的g、h、2阶和1阶图像
d、e、g和h中的比例尺是10微米
信用:、徐再泉、曹桂元、、周家栋、、万、、钱平陆、程、宝、佳 单层是材料的最薄形式，这是最终的物理厚度极限
通过使用单层来制造透镜，本研究中所展示的过程消耗了满足理论限制的最少材料
更重要的是，飞秒激光制造技术是一步简单的过程，不需要高真空或特殊环境，因此它提供了制造超薄平板透镜的最简单的方法
因此，该透镜可以很容易地集成到任何光子或微流体设备中，以用于广泛的应用
“我们使用了世界上最薄的材料来制造平面透镜，并证明超薄透镜的良好性能可以实现高分辨率成像
它在不同的应用中显示出巨大的潜力，如眼镜、显微镜镜头、望远镜和照相机镜头
可以预见的是，通过使用这种技术，在不久的将来，相机镜头的重量和尺寸可以显著减小
林瀚，史文朋科技大学翻译材料中心的第一作者
“我们很高兴看到飞秒激光加工二维材料的这一独特成果
它为使用可扩展的方法制造光子器件开辟了新的可能性
翻译材料中心主任·贾
“我们可以通过简单地附着材料，然后使用飞秒激光进行加工，将单层二维材料透镜集成到所需的器件上
整个过程简单，方法灵活，成本低
因此，我们也看到了该方法的巨大应用潜力
鲍，原名莫纳什大学
“我们设计镜头的方式是，可以在不同的焦平面、不同的放大率下找到图像
这种机制可以很容易地用于开发手机相机中使用的光学变焦镜头
目前，具有不同焦距的透镜用于实现不同的变焦功能
然而，我们的镜头只需一种设计就能实现不同的变焦率
新加坡国立大学的邱预测
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