超構(gòu)透鏡是一種由亞波長結(jié)構(gòu)單元組成的平面光學(xué)器件，能通過精確調(diào)控光波的相位、振幅及偏振特性，實現(xiàn)對光場的高效操控。與傳統(tǒng)光學(xué)透鏡相比，超構(gòu)透鏡具有輕薄化、緊湊化及多功能集成等顯著優(yōu)勢，在成像、顯示、傳感等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力。然而，傳統(tǒng)納米柱超構(gòu)透鏡因受限于結(jié)構(gòu)單元的縱橫比與占空比約束，常面臨相位延遲不足的瓶頸問題，嚴重制約其性能提升與功能拓展。

針對這一挑戰(zhàn)，南方科技大學(xué)機械與能源工程系副教授徐少林團隊提出全玻璃納米孔超構(gòu)透鏡設(shè)計，通過采用亞波長周期、深度可調(diào)且占空比固定的高深徑比納米孔作為相位調(diào)制單元，成功實現(xiàn)線性2π相位延遲，顯著提升光波調(diào)制性能。相關(guān)研究成果以“All-glass Nanohole Metalens by Non-diffracting Laser Lithography”為題，發(fā)表在《Laser & Photonics Reviews》上。

在此基礎(chǔ)上，團隊開發(fā)了非衍射貝塞爾光束光刻技術(shù)（圖1），利用凹錐透鏡相位圖調(diào)制的貝塞爾光束特性，確保納米孔沿深度方向的直徑一致性。結(jié)合熱退火與化學(xué)刻蝕后處理工藝，最終制備出周期低至800 nm、深度超10 μm且形貌可控的無損納米孔陣列。該技術(shù)在1.55 μm通信波長下的調(diào)制效率達97%，并成功制備了直徑2 cm的大面積超構(gòu)透鏡及軸棱鏡、渦旋波片、閃耀光柵等多類光學(xué)器件（圖2）。這一突破不僅攻克了傳統(tǒng)超構(gòu)透鏡的相位延遲限制，更通過超快激光加工技術(shù)實現(xiàn)了高精度、高效率的微納制造，為低成本定制化超構(gòu)透鏡的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了全新解決方案。

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圖1.全玻璃納米孔超構(gòu)透鏡超快激光加工示意圖（a）無衍射貝塞爾激光加工方法示意圖；（b）加工的納米孔斷面表征；（c）大面積超構(gòu)透鏡照片及成像效果

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圖2.多樣化超構(gòu)透鏡（a-c）閃耀光柵；（d-g）超大底角（17°）錐透鏡；（h,i）八階渦旋波片

南方科技大學(xué)機械與能源工程系博士后徐康和碩士鄭滿冬為共同第一作者，徐少林為通訊作者，南方科技大學(xué)為論文第一單位。

相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1002/lpor.202402006