重要突破！哈佛大学采用先进纳米加工技术，创造出第一个大尺寸玻璃超透镜
哈佛大学创造了第一块大尺寸玻璃超透镜，使用深紫外投影光刻技术，这个大尺寸的超透镜捕捉到了太阳、月亮和星云的图像，在极端环境有很强适应力，这是太空成像一项革命性的突破。
哈佛科学家创造了具有开创性的10厘米玻璃超透镜，采用先进的纳米制造技术来捕捉天体的高分辨率图像。
这种适合批量生产的大尺寸超透镜在空间科学和电信领域开辟了新的可能性，展示了与传统透镜相当的成像性能。
这个大尺寸超透镜捕捉到了太阳、月亮和星云的图像。
超透镜从马萨诸塞州剑桥市一栋建筑的屋顶上拍摄的月球
超透镜已经被用于成像组织的微观特征和分辨比光的波长更小的细节，现在它变得更大了。
哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院（Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS)） 的研究人员开发了一种直径10厘米的玻璃超透镜，可以高分辨率地成像太阳、月球和遥远的星云。
这是第一款在可见光波段可以使用常规CMOS制造技术量产的全玻璃、大尺寸超透镜。
这项研究最近发表在ACS Nano杂志上。
纳米制造的突破
研究人员称：“使用最先进的半导体铸造工艺，能够在前所未有的大尺寸平面透镜上精确控制数百亿个纳米柱的大小，这是一项纳米制造的壮举，为空间科学和技术打开了令人兴奋的新发展机遇。”
大多数平面超透镜使用数百万柱状纳米结构来聚焦光线，大约有一块闪光片的大小。
2019年， Capasso和他的团队使用深紫外(DUV)投影光刻的技术开发了一种厘米尺度的超透镜，该技术可以投射和形成一种纳米结构图案，可以直接蚀刻到玻璃晶片中，消除了以前超透镜耗时的直写光刻和沉积过程。
DUV投影光刻通常用于在智能手机和计算机的硅芯片上绘制细线和形状。这项技术不仅可以用于大规模生产超透镜，还可以扩大它们的尺寸范围，以便在虚拟和增强现实中应用。
但是，为了实现在天文学和自由空间光通信中的应用，使超透镜变得更大，产生了一个工程问题。
克服工程挑战
文章作者说：“光刻工具有一个主要的限制，因为这些工具是用来制造计算机芯片的，所以芯片的尺寸被限制在不超过20到30毫米。为了制造直径100毫米的透镜，我们需要找到一种绕过这一限制的方法。”
有研究小组开发了一种技术，利用DUV投影光刻工具将多个纳米柱的图案缝合在一起。研究人员将透镜分成25个部分，但考虑到旋转对称性，只使用象限的7个部分，研究人员表明，DUV投影光刻可以在几分钟内将187亿个设计的纳米结构图案刻画到10厘米的圆形区域上。研究小组还开发了一种垂直玻璃蚀刻技术，可以将高纵横比、光滑侧壁的纳米柱蚀刻到玻璃中。
文章作者表示：“使用相同的DUV投影光刻技术，可以生产大直径、像差校正元光学器件，甚至在更大玻璃直径的晶圆上生产更大的透镜，因为相应的CMOS铸造工具在业内越来越普及。”
这个直径10厘米的玻璃超透镜可以以高分辨率成像太阳、月球和遥远的星云。
Lim在全面模拟和表征大规模制造过程中可能出现的所有可能的制造误差以及它们如何影响超透镜的光学性能方面发挥了主导作用。
演示Metalens的能力
在解决了可能的制造挑战后，研究人员展示了超透镜在成像天体方面的能力。
将超透镜安装在带有颜色滤镜和相机传感器的三脚架上，然后登上哈佛大学科学中心的屋顶，在那里他们拍摄了太阳、月球和北美星云，这是天鹅座中一个约2590光年远的暗星云。
天鹅座北美星云，由剑桥科学中心屋顶上的超透镜拍摄。
“我们能够获得非常详细的太阳、月球和星云的照片，这些照片可以与传统镜头拍摄的照片相媲美。”
仅使用超透镜，研究人员就能够将同一群太阳黑子与美国宇航局当天拍摄的图像相匹配。
该团队还证明，该镜头可以在极热、极冷和太空发射期间发生的强烈振动中存活下来，而不会对光学性能造成任何损害或损失。
由于其尺寸和单片玻璃组成，该透镜还可以用于远程通信和定向能源传输应用。
目前该研究由美国国防高级研究计划局(DARPA)和空军科学研究办公室(Air Force Office of Scientific Research)资助。
原文：Revolutionizing Space Imaging: Harvard Creates First Large-Scale Glass Metalens (scitechdaily.com)
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