研究人员制造出直径近30厘米的光学超表面

再见镜头，你好超表面。所谓的超表面可以帮助使光学系统在未来变得更薄，同时增加其功能。

到目前为止，传统的制造工艺通常只能实现小的超表面，通常小于一平方毫米。Fraunhofer IOF的研究人员现在首次成功地使用电子束光刻技术生产出直径近30厘米的超表面，这是一项世界纪录。科学家们现在已经在《微/纳米图案、材料和计量学杂志》上发表了他们的方法。

研究人员首次成功地实现了直径为30厘米的超表面，与一欧元硬币对比。

弗劳恩霍夫应用光学和精密工程IOF微纳米结构光学系主任Falk Eilenberger博士解释说：“经过500年的透镜和镜子，是时候提前思考了”。所谓的超表面可以在这里成为另一种选择。这些组件将其完整的光学功能集中在一个表面，并通过纳米结构在表面实现此功能。Eilenberger解释了与经典镜头的区别，在镜头中，功能由宏观几何形状定义。这就是为什么镜头又厚又弯曲的原因。现在我们有一个超表面。它很薄，尺度小于光的波长。

超表面在科学和研究中已经使用了一段时间。然而，这里的组件通常只有几平方毫米的尺寸。这对于学术研究来说已经足够了，但对于许多工业应用来说却不够，当然也不会在未来成为经典镜头的真正替代品。

在电子束光刻的帮助下，弗劳恩霍夫IOF研究人员实现了高精度和高效率的高分辨率结构。

因此，德国耶拿Fraunhofer IOF的研究人员致力于如何在更大范围内实现创新的超表面问题。因此，他们现在首次展示了直径为30厘米的超表面。Eilenberger说：“我们不是超表面的发明者。但我们是唯一能够在如此大规模上展示它的人。”

高精度、高效率的高分辨率结构

但是研究人员是如何实现这一里程碑的呢？答案是：借助电子束光刻技术。Fraunhofer IOF研究员兼该研究所科学理事会成员Uwe Zeitner教授解释说：“为了产生我们的超表面，我们使用了电子束光刻的特殊书写策略，称为字符投影。字符投影是一种将图案划分为较小单元的方法。然后使用电子束在表面上依次创建这些小图案中的每一个。这使得以高精度和高效率制造复杂结构成为可能。”

Zeitner继续说道：“使用字符投影，可以以相对较高的速度并行曝光非常高分辨率的结构。这对于电子束光刻来说是不寻常的“。Zeitner教授与他的弗劳恩霍夫同事Michael Banasch博士和Marcus Trost博士一起概述了电子束光刻在大面积上制造微光学和纳米光学器件的潜力。

作者表明，传统的平版印刷技术经常达到制造较大结构的极限。研究人员说：“由于波长以下的结构尺寸很小，高分辨率电子束光刻原则上非常适合制造元结构。”

Uwe Zeitner表示：“然而，这项技术相对较慢。到目前为止，基本上只有面积相对较小的元素被它实现，主要是几平方毫米的数量级。对于较大的区域，曝光时间很快就会达到不切实际的大值。通过使用字符投影，科学家们现在能够解决电子束光刻的高分辨率和大元素区域的问题，而不会使曝光时间爆炸”。因此，该论文的作者表明，电子束光刻可以成为一种在大面积上制造微米和纳米光学结构的技术。

减小尺寸，同时增加功能

新的制造技术可以帮助构建未来明显更薄的光学系统。Falk Eilenberger说：“这项技术可以彻底改变成像光学系统，因为它将有可能减小系统的尺寸，同时增加其光学功能。”

Uwe Zeitner补充说：“这种大的超表面对于需要在狭小空间内具有大偏转角的紧凑型光学器件特别有利。例如，在虚拟/增强现实眼镜中就是这种情况。通过这种方法，也可以实现智能手机中非常小的光学器件的有利设计。其他潜在应用包括高分辨率光谱或计算机生成的全息图。”

审核编辑 黄宇