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Navigate：改善中红外成像和传感，人造光学材料可以允许更便宜，更平坦，更有效的探测器用于夜视和其他用途。
由麻省理工学院和其他地方的研究人员开发的一种在中红外部分拍摄图像的新方法，可以实现各种应用，包括热成像，生物医学感知和自由空间通信。
中红外（中红外）电磁辐射带是光谱中特别有用的部分; 它可以在黑暗中提供成像，跟踪热量特征，并提供许多生物分子和化学信号的灵敏检测。但是用于这种频率频带的光学系统很难制造，并且使用它们的设备是高度专业化和昂贵的。现在，研究人员表示他们已经找到了一种高效且可大规模制造的方法来控制和检测这些波。
“ 自然通讯 ”杂志在麻省理工学院研究人员田谷和胡俊军，马萨诸塞大学洛厄尔分校研究员张华良，以及其他13位麻省理工学院，中国电子科技大学和东方大学的论文中报道了这一发现。中国师范大学。
新方法使用由纳米结构光学元件组成的扁平人造材料，而不是传统光学元件中常用的厚玻璃透镜。这些元件提供按需电磁响应，并且使用与用于计算机芯片的技术类似的技术制造。“这种表面可以使用标准的微加工技术制造，”顾说。“制造业可扩展。”
他补充说，“在可见光和近红外中有超常表现的超声表面光学，但在中红外，它正在缓慢移动。”他说，当他们开始这项研究时，问题是，因为他们可以制造这些设备非常薄，“我们还可以让它们高效且低成本吗？”这就是团队成员所说的他们现在所取得的成就。
新器件采用一系列精确成形的薄膜光学元件，称为“元原子”，由硫属化物合金制成，具有高折射率，可形成称为超原子的高性能超薄结构。这些具有类似于I或H的块状字母的形状的原子在氟化物的IR透明基板上沉积和图案化。微小的形状具有的厚度是观察到的光的波长的一小部分，并且它们可以像透镜一样表现。它们提供几乎任意的波前操作，这是大尺度天然材料无法实现的，但它们只有很小的厚度，因此只需要很少量的材料。“它与传统光学技术根本不同，”他说。
该工艺“允许我们使用非常简单的制造技术，”Gu解释说，通过将材料热蒸发到基板上。他们已经在高容量的6英寸晶圆上展示了这项技术，这是微加工的标准，“我们正在研究更大规模的制造。”
Gu表示，这些设备可以传输80％的中红外光，光效率高达75％，与现有的中红外元素相比有显着改善。它们也可以制造得比传统的红外光学器件更轻，更薄。使用相同的方法，通过改变阵列的图案，研究人员可以任意生产不同类型的光学器件，包括简单的光束偏转器，圆柱或球面透镜和复杂的非球面透镜。已经证明这些镜头可以聚焦中红外光，具有理论上可能的最大锐度，称为衍射极限。
Gu说，这些技术可以创造出元素光学器件，它可以比传统的大块透明材料更复杂的方式操纵光线。该设备还可以控制极化和其他属性。
中红外灯在许多领域都很重要。研究人员说，它含有大多数类型分子的特征光谱带，有效地渗透到大气中，因此它是检测各种物质的关键，例如在环境监测，军事和工业应用中。由于在可见光或近红外波段中使用的大多数普通光学材料对这些波长是完全不透明的，因此中红外传感器制造起来复杂且昂贵。因此，新方法可以开辟全新的潜在应用，包括消费者传感或成像产品，顾说。
该研究由国防高级研究计划局（DARPA），极端光学和成像计划以及国家自然科学基金会资助。
@David L. Chandler
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