從體積龐大的傳統(tǒng)相機(jī)到如今便攜的智能手機(jī)相機(jī)，光學(xué)設(shè)備的發(fā)展歷程始終伴隨著對(duì)尺寸限制的突破。然而，即便是性能優(yōu)異的智能手機(jī)鏡頭，仍需通過多片透鏡堆疊實(shí)現(xiàn)功能，這使其往往成為機(jī)身最厚的部件——在傳統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)中，厚透鏡是實(shí)現(xiàn)光線彎曲、確保傳感器捕獲清晰圖像的必要條件，這一特性也成為制約設(shè)備微型化的關(guān)鍵瓶頸。

    過去十年間，超透鏡的出現(xiàn)為突破這一限制提供了新思路。作為一種平面透鏡，超透鏡不僅具備傳統(tǒng)透鏡的核心功能，其厚度更僅為人類發(fā)絲直徑的1/40，且具有重量輕、無需玻璃制備等優(yōu)勢(shì)。其核心技術(shù)在于表面由寬度和高度僅100納米的特殊納米結(jié)構(gòu)構(gòu)成，這些結(jié)構(gòu)可精準(zhǔn)調(diào)控光的傳播方向，從根本上實(shí)現(xiàn)了透鏡體積的大幅縮減。

    近期，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)在《先進(jìn)材料》期刊發(fā)表了一項(xiàng)突破性成果：他們成功研發(fā)出基于鈮酸鋰材料的超透鏡，該透鏡可實(shí)現(xiàn)紅外光至可見光的直接轉(zhuǎn)換，為光學(xué)技術(shù)應(yīng)用開辟了新路徑。

    鈮酸鋰是光學(xué)領(lǐng)域的重要材料，因能實(shí)現(xiàn)非線性光學(xué)效應(yīng)（即使光的波長發(fā)生轉(zhuǎn)換），已在電信行業(yè)廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備與光纖的接口元件。然而，傳統(tǒng)工藝難以制備鈮酸鋰納米結(jié)構(gòu)，因其材料性質(zhì)穩(wěn)定且硬度較高，加工難度極大。

    該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的新工藝則有效解決了這一難題。他們將化學(xué)合成與精密納米工程相結(jié)合：首先將含鈮酸鋰晶體前體的溶液在液態(tài)下壓印成型，隨后將材料加熱至600°C，使其形成具備特定光學(xué)特性的晶體結(jié)構(gòu)。值得注意的是，該工藝具備批量生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)——反向模具可反復(fù)使用，能夠按需制備大量超透鏡，與其他鈮酸鋰小型化光學(xué)器件相比，其制造成本更低、生產(chǎn)效率更高。

    這種鈮酸鋰超透鏡的核心優(yōu)勢(shì)在于集成了“波長轉(zhuǎn)換”與“精準(zhǔn)聚焦”功能。實(shí)驗(yàn)顯示，當(dāng)波長為800納米的紅外光穿過該透鏡時(shí)，另一側(cè)可輸出波長為400納米的可見光，且光線能精準(zhǔn)聚焦于目標(biāo)點(diǎn)。這一特性源于其特殊納米結(jié)構(gòu)與鈮酸鋰材料非線性光學(xué)特性的協(xié)同作用。
    研究團(tuán)隊(duì)指出，該超透鏡的應(yīng)用前景廣泛。在防偽領(lǐng)域，其微觀結(jié)構(gòu)在可見光下不可見，且非線性材料特性可提供高可靠性的認(rèn)證信息，適用于鈔票、證券及藝術(shù)品的防偽鑒定；在科研領(lǐng)域，其有望成為下一代顯微鏡的核心組件，推動(dòng)紅外成像技術(shù)向更輕便、高效的方向發(fā)展。

    此項(xiàng)技術(shù)的突破，不僅實(shí)現(xiàn)了光學(xué)透鏡的微型化與功能集成，更為光學(xué)設(shè)備的設(shè)計(jì)革新與應(yīng)用拓展奠定了重要基礎(chǔ)，或?qū)⒁I(lǐng)光學(xué)技術(shù)進(jìn)入新的發(fā)展階段。