如果佩戴虚拟现实或增强现实头戴设备变得司空见惯，则硬件制造商将需要弄清楚如何使设备更小巧，更轻巧，同时确保其图像清晰清晰 。不幸的是，这项任务面临着光学方面的一个关键限制：常规镜头是弯曲的玻璃物体，它们将不同波长的光聚焦在不同的位置，这会向观看者显示模糊的图像 。结果，从微型智能手机相机到大型投影仪的几乎所有带镜头的镜头都使用多个镜头，这增加了重量，厚度和复杂性，从而增加了成本 。
我们已经找到了一种制造完全透明的超紧凑型镜片的新方法，该镜片能够将光谱中的每种颜色正确聚焦在同一点上 。由于我们的镜头包含专门设计的纳米结构，这些结构在自然界中不存在，可以聚焦光线，因此我们将其称为“元镜头” 。与大多数传统镜头相比，它具有超紧凑的优势，并且能够在更宽的光谱范围内提供更高质量的成像，而无需使用多个镜头 。
弯灯
几个世纪以来，用于望远镜，眼镜和其他光学设备的大多数镜头都是通过将玻璃磨成大致弯曲的形状，然后将其抛光以使光线清晰清晰地弯曲而制造的 。但是，这些镜头无法将各种颜色的光聚焦在同一点上 。
光线的基本属性是不同颜色(或频率)以不同的速度在透镜中传播 。它们不能同时到达同一点，从而导致图像模糊 。
为了减少这种影响，商业镜头制造商制造了复杂的光学设备，其中配备了许多单独的镜头，每个镜头都精确地磨成曲线并对齐以将其波长范围聚焦在正确的位置 。但是，它们最终会配备大型，笨重和复杂的镜头-作为VR体验的一部分，这些都不会很容易配戴舒适 。
纳米结构的力量
为了替代这些庞大而昂贵的精密工程产品，我们从一毫米厚的常规平板玻璃开始 。在其上，我们放置了一层精心设计的矩形纳米结构，该结构比玻璃层薄了一百万倍，该玻璃层由对可见光完全透明的二氧化钛制成 。
纳米结构被设计成将入射光线从其中心射到元透镜的位置越远，使入射光线弯曲的角度就越大，从而使所有光线聚焦在同一点上 。为了将纳米结构固定在玻璃基板上，我们使用了光刻技术，该技术被广泛用于批量生产计算机芯片 。
【研究发现借助纳米结构超透镜可以完美聚焦VR】2016年，我们证明了使用具有纳米结构的平板玻璃可以像传统的曲面透镜一样聚焦一种特定颜色的光 。但是，在这项研究中，我们所做的工作与弯曲玻璃一样遭受了同样古老的问题：每种颜色都聚焦在不同的位置 。为了使我们的平面透镜能够形成高质量的图像，所有光线(无论其颜色如何)都必须聚焦在同一点上 。
包括所有颜色
在我们的最新工作中，我们设计了一套更为复杂的纳米结构，即使在平坦的表面上，纳米结构也可以做得比传统曲面透镜还要多 。纳米结构仍然将光弯曲成离中心越远的角度越大，但是受到重要见识的启发而进行了重要的修改 。在离开超透镜之后，光必须传播到焦点，该焦点离边缘比离透镜中心更远 。
要在同一时间段内传播更长的距离，该光必须传播得更快 。因此，我们构建了一些纳米结构，它们可以更快地传输光，而另一些纳米结构可以更慢地传输光 。我们将传输速度更快的纳米结构放在透镜的边缘，因此光穿过它们的速度比中间的更快 。这有效地帮助了来自超透镜边缘的光线追赶到的光线，从而使所有光线集中在一起 。
这种方法可以针对多种特殊情况进行修改，从而可以构造具有多种特性的超透镜，例如能够影响某些颜色而不能影响其他颜色的透镜：定制设计的纳米结构可以使调整相对简单，无需将弧形玻璃镜片抛光到高精度规格的限制或复杂性 。
一旦设计完成，就可以将元镜头创建为更广泛的批量生产过程的一部分：例如，VR头戴式耳机或增强现实眼镜 。它们还可以代替智能手机和笔记本电脑上较昂贵的磨砂玻璃相机镜头，从而减轻重量，厚度并降低便携式设备的成本 。
令人惊讶的是，百年历史的多色聚焦挑战可以通过在人眼几乎看不见的纳米结构下方的一块玻璃来解决 。但是确实，超透镜方法可以提供所有那些笨重的传统透镜所无法提供的：跨越多种颜色的清晰图像 。
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