超表面是与光相互作用的纳米级结构。今天，大多数超表面使用整体式纳米柱来聚焦、塑造和控制光。纳米柱越高，光穿过纳米结构所需的时间就越多，从而使超表面能够更灵活地控制每种颜色的光。但是非常高的柱子往往会倒下或粘在一起。如果你没有建造高大的建筑，而是走另一条路怎么办?

在最近的一篇论文中，哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院 (SEAS) 的研究人员开发了一种超表面，它使用非常深、非常窄的孔，而不是非常高的柱子，将光聚焦到一个点。

该研究发表在《纳米快报》上。

新的超表面使用超过 1200 万个针状孔钻入 5 微米的硅膜，大约是头发厚度的 1/20。这些细长孔的直径只有几百纳米，使得纵横比——高宽比——接近30:1。

这是第一次将具有如此高深宽比的孔用于元光学。

“这种方法可用于创建大型消色差超透镜，将各种颜色的光聚焦到同一焦点，为一代高纵横比平面光学器件铺平道路，包括大面积宽带消色差超透镜，”Federico Capasso 说， SEAS 应用物理罗伯特 L.华莱士教授和文顿海耶斯电气工程高级研究员和论文的高级作者。

“如果你试图用这种纵横比制作柱子，它们就会倒下，” SEAS的研究生、该论文的共同第一作者Daniel Lim 说。“多孔平台在不牺牲机械坚固性的情况下增加了光学纳米结构的可及纵横比。”

就像纳米柱的大小不同以聚焦光线一样，多孔元透镜具有大小不一的孔，精确定位在 2 毫米的透镜直径上。孔尺寸的变化使光线朝向镜头焦点弯曲。

“多孔超表面通过控制光在宽参数空间上的限制和传播为透镜设计增加了一个新维度，并使新功能成为可能，”SEAS 的博士后研究员、该论文的共同第一作者 Maryna Meretska 说。“可以用非线性光学材料填充孔洞，这将导致光的多波长生成和操纵，或者用液晶来主动调节光的特性。”

超透镜是使用传统的半导体工业工艺和标准材料制造的，因此可以在未来大规模制造。

哈佛技术发展办公室已保护与该项目相关的知识产权，并正在探索商业化机会。