中央研究院與臺灣大學攜手合作發表可消除色差的平面超穎透鏡

在科技部學術攻頂計畫支持下，中研院應用科學研究中心主任暨臺灣大學物理系教授蔡定平特聘研究員和臺灣大學電機系管傑雄教授的合作研究團隊，與南京大學共同合作，利用自創的「集成共振單元」之革命性的新觀念，設計和製作出具有「集成共振單元」的超穎表面結構，研究發展出寬頻且消色差之超穎透鏡(Achromatic Meta-lens)，是國際上奈米光學領域近期最重要的發展之一，對未來輕、薄、微小、精、準的平面型光學元件之發展有極大的幫助。此一創新研究工作的論文將發表於8月4日之自然通訊(Nature Communications)期刊上。

透鏡在日常生活中是一種被廣泛應用的光學元件，例如智慧型手機、眼鏡、顯微鏡等，但由於自然界中光學材料的折射率通常具有色散，因此大部分透鏡在不同波長(顏色)下的光學響應都不一樣(即會產生色差)，加上設計原理的限制，使得光學裝置的重量和體積普遍都相當地大，如何在極小的體積中達到透鏡的聚焦效果，並在寬廣的頻段內消除色差，對微型光電元件的發展非常重要，所以此次新創研發出之寬頻且消色差之超穎透鏡，對所有需使用精準的平面超微型光學元件的裝置來說是十分關鍵的重要基石。

蔡定平教授研究團隊曾發表由奈米結構建構之超穎介面(Metasurface)能有效地改變入射光源的特性，如相位，振幅與偏振等，可進而達成操控光之目的。相較於利用自然界存在的光學材料，超穎介面可提供了更大的自由度，也給予能開發具有多功能與體積超薄光學裝置的優勢。這兩年來，蔡定平教授研究團隊也基於優勢，成功地設計研發出一系列的超穎平面裝置，例如全彩寬頻多維度超穎全像片等。參考網站：

https://www.nature.com/articles/s41467-017-00166-7

圖一 一般透鏡有色散的性質，焦距會隨著入射光波長的改變而變化，且整體尺寸略顯厚重。

圖二 基於集成共振單元之消色差超穎透鏡，由於色散已被完整消除，因此焦距不會隨著入射光波長的變化而改變。

圖三 平面超微型寬頻消色差超穎透鏡之光學照片和電子顯微鏡照片。