超透镜采用能够操纵光的纳米人工结构，相关技术可以明显减小传统光学组件的尺寸和厚度，且在近红外区域特别有效，在被称为“自动驾驶汽车之眼”的激光雷达（LiDAR）、微型无人机和血管探测器等各种应用中具有广阔的前景。尽管潜力巨大，但目前的技术需要很高的成本才能制造出指甲大小的超透镜，这给商业化带来了挑战。幸运的是，最近的一项突破有望将其生产成本降低千分之一。
（图片来源：浦项科技大学）
据外媒报道，由浦项科技大学（POSTECH）机械工程系和化工系Junsuk Rho教授等人组成的联合研究团队提出了两种量产并在大表面上制造超透镜的创新方法。这项研究发表在期刊《激光与光子学评论（Laser & Photonics Reviews）》上。
光刻技术（photolithography）通过光在硅晶圆上刻画图案，是制造超透镜的一个步骤。通常情况下，光的分辨率与其波长成反比，这意味着波长越短，分辨率越高，从而能够创建更精细、更详细的结构。在这项研究中，该团队选择使用深紫外光光刻法（deep-UV photolithography），这是一种使用较短波长紫外光的工艺。
不久以前，该团队利用深紫外光刻技术实现了量产可见光区超透镜。然而，现有方法在红外区域的效率较低，由此带来了挑战。为了解决这一问题，该团队开发出在红外区域具有高折射率和低损耗的材料。研究人员将这种材料集成到既定量产工艺中，从而成功地在在8英寸晶圆上制造出直径为1厘米的大型红外超透镜。
值得一提的是，该透镜拥有高达0.53的数值孔径（NA），表现出卓越的集光能力以及接近衍射极限的高分辨率。这种圆柱形结构使其更加不受偏振影响，无论光振动方向如何，都能够实现优异的性能。
在第二种方法中，该团队采用了纳米压印（nano imprinting）工艺，使用模具来打印纳米结构。该工艺利用了通过与浦项产业科学研究院（RIST）合作研究积累而得的纳米压印技术知识。
该团队成功地量产直径为5毫米的超透镜，其在4英寸的晶圆上由大约1亿个矩形纳米结构组成。令人印象深刻的是，这种超透镜的孔径达到了0.53。它的矩形结构表现出与极化相关的特性，能够有效响应光振动的方向。在此基础上，该团队集成高分辨率成像系统来观察真实样本（如洋葱表皮），从而证明超透镜商业化的可能性。
该研究克服了传统工艺逐个制作超透镜的局限性，具有重要意义。这不仅有助于创建针对特定应用定制的具有偏振依赖和不依赖特性的光学器件，而且将超透镜的生产成本降低千分之一。Junsuk Rho教授表示：“研究人员已经在晶圆规模上实现了精确和快速生产高性能超透镜，且已达到厘米尺度。这项研究有望加速超透镜工业化，促进高效光学器件和光学技术的发展。”
相关链接：https://phys.org/news/2024-03-scientists-methods-commercialization-metalens-technology.html
论文链接：https://dx.doi.org/10.1002/lpor.202300929
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