打破衍射极限：新型石墨烯光学镜头只有十亿分之一米厚

随着光子芯片和纳米光学的发展，旧式磨砂玻璃镜片已经无法继续小型化。为了寻找合适的替代，斯威本科技大学的一直团队，已经开发出了一种厚度仅为十亿分之一（10^-9）米厚的石墨烯微镜头。它能够清晰地拍下单个细菌大小的图像，并为提升移动手机、纳米卫星、以及计算机的表现而打开了大门。

斯威本科技大学开发的石墨烯镜头只有十亿分之一（10^-9）米厚。

发展中的一大障碍是光学微镜头的“衍射极限”（diffraction limit）——理论上限制了特定镜头的解析度。

人们尝试过用干涉（interferometry）、全息（holography）、激光（lasers）、电子（electrons）等各种方法来客服衍射极限——虽然科学家们已经取得了一定的成功，但它不仅复杂，代价也非常高昂。

另一种方法是探索使用蚀刻了同心圆、像小菲涅耳透镜（Fresnel Lens）那样的“超薄平板透镜”。斯威本科技大学团队称，这也已经取得了一些成功，但是只有用黄金工艺才行，其它材料不适用于量产。

他们的突破来自于微光子中心的博士研究生Xiaorui Zheng，他使用石墨烯氧化物形成了一个透镜。该材料使得团队能够打造出只有纸张1/300薄、重量不到1微克的超薄平面式透镜。

这是通过有效地“印刷”镜头而达成的，其解决方案是先喷涂一层石墨烯氧化物，然后通过激光将之“塑模”成圆形。

团队称，这种新型镜头是柔性的、可搞定小至200纳米的物体、甚至看到近红外。显然，这是可能会是衍射极限的一次突破，允许聚焦的光线少掉一半。

一旦该技术成熟，它将在显微镜之外的地方发挥更多的作用，比如更轻更薄的热成像手机、更小的内视镜手术、在纳米卫星中替代传统的镜头（节省几百颗的发射载重量）、以及提升超算和超高速宽带设备中的光子芯片的效率。

有关这项石墨烯显微镜头的研究详情，已经发表在近日出版的《自然通讯》（Nature Communications）期刊上。