Only Perception: 能重新配置成像特性的「奈米線透鏡」

2011-10-18

能重新配置成像特性的「奈米線透鏡」

Nanowire lens can reconfigure its imaging properties
http://www.physorg.com/news/2011-10-nanowire-lens-reconfigure-imaging-properties.html

By Lisa Zyga, October 11, 2011

(PhysOrg.com) -- 利用奈米級材料獨特的光學特性，研究者藉此設計一種以奈米線製成的透鏡，那能夠重新配置其成像特性而無需任何電或機械控制。這些透鏡具有二種不一樣的變異，其一，能縮放至二種不同的放大倍率，而另一種則是以單一無分割的（undivided）透鏡，在三維空間中顯示物體，創造立體的影像。這些功能可證明對微成像（micro imaging）系統有用，該系統運作的尺度，傳統的變焦與立體成像技術無法辦到。

這些研究者，哈佛大學的 Ethan Schonbrun、Kwanyong Seo 以及 Kenneth B. Crozier，已將他們針對二種新的、可重新配置之成像系統的研究，發表在最近一期的 Nano Letters 上。

為了建造每種透鏡，研究者使用橫斷面（cross-sections，截面）為橢圓形的，而非一般圓形的奈米線。為了使奈米線成橢圓形，研究者使用一種結合電子束微影術（electron beam lithography）以及反應性離子蝕刻（reactive ion etching）形塑每條奈米線。橢圓形的奈米線展現出一種吸引人的效應，稱為「形態雙折射（form birefringence）」，那意味著，藉由改變入射光的偏振，資訊（在這裡指，不同的透鏡功能）能全相地（holographically）被編碼到光學元件中。利用此效應，研究者能將二種不同的透鏡設置編碼到每個奈米線陣列透鏡中。（譯註：意思是同一種奈米線陣列透鏡可依據不同設置做出不同功能，見下文。）

"我們已開發出一種方法，將二種截然不同的透鏡功能編碼到單一光學元件中，" Schonbrun 表示。"此編碼是基於橢圓形截面矽奈米線的偏振相依反應（polarization-dependent response）。"

第一種奈米線陣列透鏡能將一物體放大至二種不同的倍率（1.12 以及 0.59），因為二種不同的光偏振決定了透鏡的焦距。這樣的話，透鏡可成為微小物體（位在幾百微米遠的地方）之非機械性變焦系統的前端。

第二種奈米線陣列透鏡能記錄三維立體影像，此等成就通常需要二個置於不同角度的透鏡或至少是具一分割孔徑（a divided aperture）的單一透鏡。在此透鏡中，二種光偏振的焦距相同，不過每個透鏡的光軸（optical axis）端看入射光的偏振，稍作改變。所產生的影像具有視差（parallax），猶如透鏡自二種不同的角度捕捉物體的影像，即便透鏡本身並沒有移動同時也不具分割孔徑。

在所提及的特性（放大與立體化）中，這些透鏡當中的每一個，都能具有二種不同設置的其中一種。在未來，研究者預測，將有可能把設置增加到三種，不過那將需要增加不同奈米線幾何的數量。

這些具有可重新配置特性的奈米透鏡，在微光學成像系統中能有不同應用，那在傳統上是難以動態調整的成像特性。在醫療中，小型相機的使用頻率增加，例如內視鏡，在消費性攝影以及機械視覺（machine vision）中也一樣。

"這種透鏡技術能在需要較少可動元件或是減少電力消耗的成像應用中被實作出來，" Schonbrun 表示。"在未來，我們計畫將這種透鏡技術與基於偏振差異性（polarization diversity）影像感應器整合，使這些系統完全地非機械性。"

※ 相關報導：

＊ Reconfigurable Imaging Systems Using Elliptical Nanowires
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl202324s

Ethan Schonbrun, Kwanyong Seo, and Kenneth B. Crozier
Nano Lett., 2011, 11 (10), pp 4299–4303
Publication Date (Web): September 16, 2011
doi: 10.1021/nl202324s