晶圆级近红外超透镜的制造和使用该技术捕获的洋葱表皮的高分辨率图像。来源:POSTECH

超透镜是一种能够操纵光的纳米人造结构，它提供了一种技术，可以显著减小传统光学元件的尺寸和厚度。这项技术在近红外区域特别有效，在被称为“自动驾驶汽车之眼”的激光雷达、微型无人机和血管探测器等各种应用中都有很大的应用前景。虽然有潜力，但目前的技术需要数千万韩元才能制造指甲大小的超构器，这对商业化来说是一个挑战。幸运的是，最近的一项突破表明有希望将其生产成本降低千分之一。

浦项工业大学机械工程系和化学工程系的Junsuk Rho教授等人组成的合作研究小组(POSCO-POSTECH-RIST融合研究小组)提出了两种创新的方法，用于大规模生产超透镜和在大表面上制造它们。他们的研究发表在《激光与光子学评论》上。光刻技术是一种利用光在硅片上刻印图案的工艺，是制造超透镜的一个步骤。通常，光的分辨率与其波长成反比，这意味着波长越短，分辨率越高，从而能够制造出更精细、更详细的结构。在这项研究中，研究小组选择了深紫外光刻技术，这是一种使用波长更短的紫外线的工艺。该研究小组最近利用深紫外光刻技术实现了可见光区超透镜的大规模生产，发表在《自然材料》杂志上。然而，现有方法在红外区域的效率较低，这也带来了挑战。

为了解决这一限制，该团队开发了一种具有高折射率和低红外区域损耗的材料。这种材料被整合到已建立的大规模生产过程中，从而成功地在8英寸晶圆上创建了直径为1厘米的大型红外超构透镜。

值得注意的是，该镜头拥有0.53的数值孔径(NA)，突出了其出色的集光能力以及接近衍射极限的高分辨率。圆柱形结构进一步使其具有偏振无关性，无论光振动方向如何，都确保了优异的性能。

在第二种方法中，该团队采用了纳米压印，这是一种允许使用模具打印纳米结构的过程。该工艺利用了纳米压印技术的专有技术，通过与RIST合作研究积累。这一努力被证明是成功的，因为该团队成功地大规模生产了直径为5毫米的超构透镜，在4英寸的晶圆上由大约1亿个矩形纳米结构组成。特别值得一提的是，这种超透镜的孔径达到了0.53，表现出了令人印象深刻的性能。其矩形结构具有偏振依赖特性，能有效响应光的方向振动。

在这一成就的基础上，该团队集成了一个高分辨率成像系统来观察洋葱表皮等真实样品，验证了将超透镜商业化的可能性。

该研究克服了传统逐个超构透镜制作工艺的局限性，具有重要意义。它不仅有利于创造具有偏振依赖和非偏振特性的光学器件，而且还将超透镜的生产成本降低了1000倍。

Rho Junsuk教授表示:“我们已经在晶圆尺度上实现了高性能超透镜的精确和快速生产，达到了厘米的尺寸。我们的目标是通过这项研究加速超透镜的工业化，促进高效光学器件和光学技术的发展。"