再見鏡頭，你好超表面。所謂的超表面可以幫助使光學系統在未來變得更薄，同時增加其功能。

到目前為止，傳統的制造工藝通常只能實現小的超表面，通常小于一平方毫米。Fraunhofer IOF的研究人員現在首次成功地使用電子束光刻技術生產出直徑近30厘米的超表面，這是一項世界紀錄。科學家們現在已經在《微/納米圖案、材料和計量學雜志》上發表了他們的方法。

研究人員首次成功地實現了直徑為30厘米的超表面，與一歐元硬幣對比。

弗勞恩霍夫應用光學和精密工程IOF微納米結構光學系主任Falk Eilenberger博士解釋說：“經過500年的透鏡和鏡子，是時候提前思考了”。所謂的超表面可以在這里成為另一種選擇。這些組件將其完整的光學功能集中在一個表面，并通過納米結構在表面實現此功能。Eilenberger解釋了與經典鏡頭的區別，在鏡頭中，功能由宏觀幾何形狀定義。這就是為什么鏡頭又厚又彎曲的原因。現在我們有一個超表面。它很薄，尺度小于光的波長。

超表面在科學和研究中已經使用了一段時間。然而，這里的組件通常只有幾平方毫米的尺寸。這對于學術研究來說已經足夠了，但對于許多工業應用來說卻不夠，當然也不會在未來成為經典鏡頭的真正替代品。

在電子束光刻的幫助下，弗勞恩霍夫IOF研究人員實現了高精度和高效率的高分辨率結構。

因此，德國耶拿Fraunhofer IOF的研究人員致力于如何在更大范圍內實現創新的超表面問題。因此，他們現在首次展示了直徑為30厘米的超表面。Eilenberger說：“我們不是超表面的發明者。但我們是唯一能夠在如此大規模上展示它的人。”

高精度、高效率的高分辨率結構

但是研究人員是如何實現這一里程碑的呢？答案是：借助電子束光刻技術。Fraunhofer IOF研究員兼該研究所科學理事會成員Uwe Zeitner教授解釋說：“為了產生我們的超表面，我們使用了電子束光刻的特殊書寫策略，稱為字符投影。字符投影是一種將圖案劃分為較小單元的方法。然后使用電子束在表面上依次創建這些小圖案中的每一個。這使得以高精度和高效率制造復雜結構成為可能。”

Zeitner繼續說道：“使用字符投影，可以以相對較高的速度并行曝光非常高分辨率的結構。這對于電子束光刻來說是不尋常的“。Zeitner教授與他的弗勞恩霍夫同事Michael Banasch博士和Marcus Trost博士一起概述了電子束光刻在大面積上制造微光學和納米光學器件的潛力。

作者表明，傳統的平版印刷技術經常達到制造較大結構的極限。研究人員說：“由于波長以下的結構尺寸很小，高分辨率電子束光刻原則上非常適合制造元結構。”

Uwe Zeitner表示：“然而，這項技術相對較慢。到目前為止，基本上只有面積相對較小的元素被它實現，主要是幾平方毫米的數量級。對于較大的區域，曝光時間很快就會達到不切實際的大值。通過使用字符投影，科學家們現在能夠解決電子束光刻的高分辨率和大元素區域的問題，而不會使曝光時間爆炸”。因此，該論文的作者表明，電子束光刻可以成為一種在大面積上制造微米和納米光學結構的技術。

減小尺寸，同時增加功能

新的制造技術可以幫助構建未來明顯更薄的光學系統。Falk Eilenberger說：“這項技術可以徹底改變成像光學系統，因為它將有可能減小系統的尺寸，同時增加其光學功能。”

Uwe Zeitner補充說：“這種大的超表面對于需要在狹小空間內具有大偏轉角的緊湊型光學器件特別有利。例如，在虛擬/增強現實眼鏡中就是這種情況。通過這種方法，也可以實現智能手機中非常小的光學器件的有利設計。其他潛在應用包括高分辨率光譜或計算機生成的全息圖。”

審核編輯 黃宇