【光电动态】新工艺实现低功耗、超紧凑变焦镜头

      【据美国物理组织网站2022年2月17日报道】挪威Sintef研究中心已开发出一种可将电压施加在压电薄膜上改变焦距的超透镜。这种镜头非常紧凑和轻巧，可适用于便携式医疗诊断仪器、无人机的3D测绘以及其他需要小型化的应用。

      这种低功耗、超紧凑型变焦镜头可用于对系统尺寸、重量和成本要求高的传感器和成像技术。此外，在超表面上实现精确可调性，开辟了全新的操纵光的方法。

      Sintef证明，使用压电MEMS驱动可以在超表面中产生非常小的受控位移，从而改变表面等离子体共振来影响光路。现在，该公司使用相同的方法来演示采用压电锆钛酸铅(PZT)膜可以产生更大位移。

      研究人员利用带有纳米结构图案的平面来操纵光线，制造了这种新透镜。这种透镜可以将多个功能集成到一个表面，也可以使用标准的微纳制造技术完成低成本批量制造。

      到目前为止，大多数包含超表面的系统都是静态的，这意味着光学功能会被锁定。然而，许多对相机、3D激光雷达系统和全息显示器至关重要的光学组件都需要自适应性。

      在传统光学系统中，可调谐性或自适应性通常是通过使用体积庞大且耗电的组件（如步进电机、旋转器或磁铁）来实现的。为了在较小规模上创造这种能力，研究人员使用了MEMS技术。这些基于芯片的电控机械可移动部件的速度快、功率小，还与大批量加工技术兼容，可降低光学系统的尺寸、成本和重量。

      该项目将一个300×300μm的超透镜放置在一个方形硅芯片上，该芯片本身悬挂在一个PZT薄膜制成的膜环中。在PZT膜上施加电压会使其发生机械变形，从而移动中心硅芯片。根据该项目发表的论文称驱动环被分成两个同心组，每组三个电极。

      研究人员为了演示MEMS超表面如何起到变焦透镜的双重作用，在MEMS超表面之后放置了第二个超表面透镜。通过MEMS位移改变透镜之间的分离距离，可以使研究人员对透镜焦距进行双倍调节。施加23伏电压可以使PZT膜移动超表面7.2μm，产生的焦距变化约为250μm。

      未来的工作将使用具有更强聚焦能力的超透镜，并优化MEMS设计以实现更长的驱动行程，更大规模的可调谐性使该设备可用于在组织的不同深度对神经元或血管成像。

（天津津航技术物理研究所 王海明 靳婷）

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