超透镜 超表面 聚焦能力 角分辨光谱 光场强度
【概述】当前，超透镜（Metalens）是超表面（Metasurface）领域的研究热点之一。相比于传统透镜，超透镜既提供了基于相位的全新设计手段，又支持了基于半导体平面加工的制备工艺，从而完全兼容微电子产业（图1）。由于这些优点，超透镜技术的发展将能够促进新型检测技术的突破，并在智能终端平台实现广泛的应用。
图1，超透镜聚焦及平面微纳结构器件
在光子芯片中的应用示意图
在研究阶段，对超透镜进行聚焦能力表征可以验证其设计效果并分析加工过程中引入的缺陷。复享光学的显微角分辨光谱系统为 μm 尺度超透镜聚焦能力分析提供了全面而可靠的测量手段。
【样品 & 测试】本文针对 15mm 焦距单透镜样品，利用 ARMS 显微角分辨光谱系统 的角分辨特性，控制入射光的角度，表征透镜的聚焦能力。通过 ARMS 系统实现 0°定角度入射，并利用 CCD 相机和电控扫描台，获取超透镜在不同深度的两维光场强度，并重构为三维场强分布。图2 展示了 单透镜样品光场强度 的截面图。据此，可以分析透镜类样品的聚焦能力。
图2，单透镜聚焦能力分析示意图
图3 分别展示了单透镜在白光及单色光（808nm）入射条件下的光场强度分布。其中，左图为 XZ 截面光场强度分布，右图为 Z=230, 300, 400, 500μm 时的 XY 截面光场强度分布。通过对比可以清晰地看出，白光入射条件下的焦点位置在 300μm，单色光入射条件下的焦点位置在 230μm。不同波长的焦点位置不同反映了透镜的色散特性。
图3，单透镜分别在白光及 808nm 单色光下
的聚焦能力分析
【总结】复享光学的 ARMS 显微角分辨光谱系统 是一种精细化光谱测试平台，具备 角度(k)、空间(x)、光谱(ω) 三重分辨能力，能够轻松在微区条件下实现不同角度的入射和光谱探测，并对偏振、荧光等特性进行调控和表征。基于这些优势，ARMS 为微小尺度透镜类样品（例如超透镜）的 聚焦能力 分析，进而包括色散、分辨率、偏振等特性表征提供了一种成熟而高效的解决方案。复享光学还基于 ARMS 光学系统基础上开发了 AR-Meta 超表面光学检测系统，进一步为超透镜材料的客户服务。
图4，复享光学的 ARMS 显微角分辨光谱系统（右）
& AR-Meta 超表面光学检测系统（左）
【参考文献】
✽ 图1左来源于 “Jared Sisler/Harvard SEAS”
✽ 图1右上来源于《Photonic Crystals-Molding the Flow of Light（Second Edition）》
✽ 图1右下来源于“Second Bay Studios/Harvard SEAS”✽ Chen, W. T., et al. "A broadband achromatic metalens for focusing and imaging in the visible." Nature Nanotechnology (2018).
✽ Tseng, M. L., et al. "Metalenses: Advances and Applications." Advanced Optical Materials (2018).
✽ Liang, H., et al. "An Ultra-high Numerical Aperture Metalens at Visible Wavelengths." arXiv preprint arXiv (2018).
✽ Yang, H., et al. "Reflective metalens with sub-diffraction-limited and multifunctional focusing." Scientific Reports (2017).
✽ Lin, Dianmin, Fan., et al. "Dielectric gradient metasurface optical elements."science (2014).
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