日本NTT下属实验室开发出新型超构透镜，可实现像素级分色

2021-12-23 13:37

来源： OFweek光学网

近期，日本NTT公司下属的NTT设备技术实验室(NTT Device Technology Laboratories)开发出了一种超构透镜(metalens)，它能够对原色进行分类，并起到充当像素级“分色器”的作用。

具有这种能力的设备，将有望在多个应用中的图像传感器中发挥巨大的价值。作为需要在传感器的每个像素上进行单独的颜色过滤操作的架构的替代方案，这不可避免地限制了检测到的光量。

这一突破可能会使高灵敏度彩色图像传感器的性能超越当前的性能水平，同时仍与当前的设备制造技术兼容。

NTT设备技术实验室的Masashi Miyata表示:“智能手机、可穿戴设备和自动驾驶汽车中使用的传统成像传感器，往往灵敏度有限，因为它们依赖于放置在每个像素上的滤色器。”

而他们的新超透镜是由一个高度工程化的表面制成的，它可以在收集光线的同时，不需要任何滤色剂的情况下轻松分离原色，这为大幅提高灵敏度开辟了新方向。这种新组件，也得以进一步提升超构透镜和超材料的通用性。

纳米尺度的光学表面修饰，已被利用来创造一些特别的应用案例。最近的案例包括一种新发明的可调谐超构透镜，这种透镜能够在不改变透镜形状和位置的情况下，聚焦两个不同距离的物体，这要归功于在同一基底上创造了多种类型的纳米结构。

大多数超表面都采用了纳米尺度的柱体，柱体与入射光相互作用来产生观察到的效果，但哈佛SEAS的研究表明，带有孔洞的表面可以产生更坚固的平面超透镜，能够将入射红外光聚焦到衍射受限的点上。

据研究人员表示，尽管像素级分色方法已经被证明，但它们并不适用于消费类设备——因为它们要么效率低下，受光线偏振的影响，要么对从斜角照射到传感器上的光线很敏感。

NTT打造出的新结构是基于1250纳米介电纳米柱，在熔融二氧化硅基板上以三种不同的形式创建的——填充正方形、中间开放的未填充正方形和十字。根据NTT公司的说法，这种布局产生的各种四重对称截面可以在不牺牲偏振不敏感操作的情况下分散相位色散，该公司设计了超透镜阵列，以便将红、绿、蓝光聚焦到高密度图像传感器上的不同点上。

在将新结构与传统的基于滤波器的传感器进行比较的试验中，超透镜在不牺牲颜色质量的情况下生成了彩色图像，并将接收到的信号提高了2.8倍。NTT指出，光学模拟研究表明，由于传感器噪声，新方法的图像退化较少，而这通常是暗场景或超快成像的限制因素。

研究团队设想，他们的超构透镜在开发无滤色彩色图像传感器中发挥重要作用，这些传感器的灵敏度超过了当前的限制。”“这些新型传感器有一天可以让人们更容易地用智能手机捕捉夜景，或使新型相机能够准确捕捉高速物体，这将在安全和自动驾驶方面发挥作用。”