天文学家和业余爱好者都知道望远镜越大，成像能力就越强大。为了保持功率但简化其中一个笨重的组件，宾夕法尼亚州立大学领导的研究小组创造了第一台超薄，紧凑的超透镜望远镜，能够成像遥远的物体，包括月球。
超镜头包括微小的天线状表面图案，可以像传统的曲面玻璃镜片一样聚焦光线以放大远处的物体，但它们具有扁平的优点。虽然过去已经开发出毫米宽的小超镜头，但研究人员将透镜的尺寸缩放到直径八厘米，或大约四英寸宽，使其可用于大型光学系统，如望远镜。他们在Nano Letters上发表了他们的方法。
“传统的相机或望远镜镜头具有不同厚度的曲面，中间有一个凸起和较薄的边缘，这导致镜头笨重，”通讯作者，宾夕法尼亚州立大学电气工程和计算机科学副教授Xingjie Ni说。“超镜头在镜头上使用纳米结构而不是曲率来勾勒光线，这使得它们能够平放。
倪说，这就是现代手机相机镜头从手机主体突出的原因之一：镜头的厚度占用空间，尽管它们看起来很平坦，因为它们隐藏在玻璃窗后面。
超镜头通常使用电子束光刻技术制成，这涉及将聚焦的电子束扫描到一块玻璃或其他透明基板上，以逐点创建类似天线的图案。然而，电子束的扫描过程限制了可以创建的透镜的尺寸，因为扫描每个点都很耗时且吞吐量低。
为了制造更大的透镜，研究人员采用了一种称为深紫外(DUV)光刻的制造方法，该方法通常用于生产计算机芯片。
“DUV光刻是一种高通量和高良率的工艺，可以在几秒钟内生产出许多计算机芯片，”倪说。“我们发现这是一种很好的超镜头制造方法，因为它允许更大的图案尺寸，同时仍然保持小细节，从而使镜头能够有效地工作。
研究人员用他们自己的新程序修改了这种方法，称为旋转晶圆和拼接。研究人员将制造超透镜的晶圆分为四个象限，这些象限进一步分为22×22毫米的区域 - 比标准邮票小。他们使用康奈尔大学的DUV光刻机，通过投影镜头将图案投影到一个象限上，然后将其旋转90度并再次投影。他们重复旋转，直到所有四个象限都被图案化。
“这个过程具有成本效益，因为由于超镜头的旋转对称性，包含每个象限的图案数据的掩模可以重复使用，”倪说。“这降低了该方法的制造和环境成本。
随着超透镜尺寸的增加，处理图案所需的数字文件明显变大，这需要DUV光刻机处理很长时间。为了克服这个问题，研究人员使用数据近似值和引用非唯一数据来压缩文件。
“我们利用了所有可能的方法来减小文件大小，”Ni说。“我们识别了相同的数据点并引用了现有的数据点，逐渐减少数据，直到我们有一个可用的文件发送到机器以创建超镜头。
使用新的制造方法，研究人员开发了一种单透镜望远镜，并捕获了月球表面的清晰图像 - 实现了比以前的超镜头更高的物体分辨率和更远的成像距离。然而，在该技术应用于现代相机之前，研究人员必须解决色差问题，当不同颜色的光线(向不同方向弯曲)进入镜头时，色差会导致图像失真和模糊。
“我们正在探索可见光范围内更小，更复杂的设计，并将补偿各种光学像差，包括色差，”Ni说。
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