如何设计一个平面透镜
【澳大利亚斯威本科技大学贾宝华教授团队】

       平面透镜理论上可以消除光学像差,也不会出现散光和彗差,因此可实现更理想的成像或收集到更精确的信号,且无需任何复杂的校正技术。但前提是需要能够准确地设计出所要求的平面透镜。然而,该项工作目前仍然存在挑战。主要原因在于现有的平面透镜设计方法是基于菲涅尔衍射理论近似,由于采用傍轴近似,该理论无法准确描述平面透镜的成像过程,因此在设计过程中引入了误差,无法实现平面透镜预期的成像优势。



瑞利索末菲模型设计的氧化石墨烯透镜。
(a) 原子力显微镜下的超薄氧化石墨烯平面透镜; (b) 瑞利索末菲衍射理论模拟出的聚焦平面的场强分布; (c) 瑞利索末菲衍射理论模拟出的R-Z平面的场强分布

        澳大利亚斯威本科技大学微光子学中心的贾宝华教授研究团队致力于石墨烯光电子器件的研究。其中,石墨烯平面透镜的研究是该团队的代表性工作之一。在这项工作中,贾宝华教授、曹桂源博士研究生以及其他合作者从基本原理着手,在更精确的瑞利索末菲衍射理论的基础上进行平面透镜的设计和分析。另一方面,通过实验加工和测试所设计的平面透镜来验证理论的准确性。研究发现,基于瑞利索末菲理论设计的平面透镜焦距准确,成像分辨率与理论设计符合。文中报道的设计方法可以在很多包括超表面透镜以及其他二维材料平面透镜的设计和分析中得到广泛的应用。利用这个设计方法,可以精确地设计用于手机或者数码相机镜头的平面透镜,从而有效减少镜头组件的厚度和重量,提高成像质量。


研究团队简介
澳大利亚斯威本科技大学贾宝华教授带领的激光纳米材料相互作用研究团队致力于光与纳米材料(尤其是二维材料)相互作用的基础研究。他们旨在揭示原子级材料和二维材料的奇异的物理性质,从而研发下一代用于能源、生物医学和通信等领域的光电集成器件。激光纳米材料相互作用研究团队在国际知名学术期刊上发表学术论文超百篇,拥有十几个授权及申请专利,并且获得多项澳洲研究理事会、澳洲国防科学研究所和工业项目的基金支持。贾宝华教授是国际光学工程学会(SPIE)及美国光学学会(OSA)终身会员,同时,她也是中澳先进材料与先进制造协会主席,在她的学术生涯中荣获众多不同机构的奖项。

相关论文 
Cao G Y, Gan X S, Lin H, Jia B H. An accurate design of graphene oxide ultrathin flat lens based on Rayleigh-Sommerfeld theory. Opto-Electronic Advances 1, 180012 (2018).
DOI: 10.29026/oea.2018.180012