用于非偏振高数值孔径可见光成像的氮化硅超透镜

作为纳米级平面结构之一，超表面通过特殊设计的纳米柱阵列图案，在调控光强、相位和/或偏振方面展现出卓越优势。它能够将笨重的光学镜头微型化为芯片尺寸的超透镜，其厚度仅为波长量级，在可见光成像系统（如超广角镜头和长焦镜头）中发挥着前所未有的作用。然而，由于材料特性（如透射率和兼容性）的限制，可见光波段的 CMOS 兼容超透镜尚未实现。在此，我们实验演示了一种基于氮化硅平台的发散超透镜，该透镜针对非偏振可见光具有大数值孔径（NA~0.98）和高透射率（~0.8），由厚度为 695 nm 的六方氮化硅阵列制成，相邻纳米柱之间的最小间距为 42 nm。在可见光区域内实现了接近衍射极限的虚拟焦点。此类超透镜能够将物体缩小至单模光纤纤芯大小的微尺度视场。此外，我们还实现了一种直径为 1 cm 的宏观超透镜，包含超过 5 亿个纳米柱，展示了其在宽视角功能方面的潜在应用。得益于氮化硅的高透射率和 CMOS 兼容性，我们的发现可能为光纤、微型内窥镜、智能手机、航空相机、光束整形以及其他片上集成设备领域的光学镜头微型化开启新的大门。