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0431-81702023
光学博览
浸润式显微镜“超级镜头”克服手工抛光技术难题

科学家已经开发出用于浸润式显微镜的平面透镜,被称为“超级镜头”(Metalens)。该透镜能够观察任何形式的液体,成本低廉且易于制造,能够完美替代手工抛光透镜。

由于其独特的形状,高端浸润式显微镜的大多数前置镜片都是手工抛光的。手工抛光不仅成本高昂而且极其耗时,并且每个镜片仅能够在几种特定折射率的浸液中使用。例如血液中的样本和水中的样本就需要两种不同的镜片。

哈佛大学约翰?保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员使用纳米技术设计了一个前置平面透镜,能够为不同折射率的液体制造相应的透镜。该透镜的原材料是二氧化钛纳米纤维阵列,使用单步光刻工艺制成。


哈佛大学的研究人员将“超级镜头”集成到商用扫描共焦显微镜中,实现了大约200nm的空间成像分辨率。图片提供:哈佛大学约翰?保尔森工程与应用科学学院/卡帕索实验室。

该研究团队展示了“超级镜头”在可见光波段的各设计波长处没有任何球面像差。他们还测试了数值孔径(NA)最大达到1.1的各类水浸和油浸“超级镜头”。测试结果表明,“超级镜头”的焦点尺寸的衍射极限受限于斯特列尔比(Strehl ratio),在532nm波长处约为0.9。

通过将油浸“超级镜头”(NA = 1.1)集成到商用扫描共焦显微镜中,该团队能够实现约200nm的空间成像分辨率。

研究员Wei Ting Chen表示:“这些镜头是使用单层光刻技术制成的,这是一种应用广泛的工业技术。显微镜制造商可以通过现有的铸造技术或纳米压印技术来批量生产高性价比的高端浸液光学元件。”

该研究团队使用该技术设计“超级镜头”,不仅可以满足任何种类的浸液而且能够为多层折射率的浸液进行单独设计——这对设计用于观察生物材料(如皮肤)的浸润式显微镜至关重要。

研究人员Alexander Zhu说:“我们的‘超级镜头’考虑到了人体表皮和真皮的折射率,能够将光聚焦在人体皮下组织,而且镜头的制造过程并不复杂。”


二氧化钛纳米纤维阵列适用于任何浸液。图片提供:哈佛大学约翰?保尔森工程与应用科学学院/卡帕索实验室。

“超级镜头”能够很好地适用于不同折射率的多层聚焦光,并且能够使用现代工业制造技术或纳米压印技术大量生产,这极大地降低了高端浸液显微镜的制造成本。

Federico Capasso教授说:“我们预计‘超级镜头’不仅能够应用于生物成像,而且在其他光学领域也能占有一席之地。”


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