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哈工大(深圳)肖淑敏教授团队科研成果入选“2021中国光学十大进展”
Date: 2022-08-27

  【哈工大(深圳)宣】(王雨杰 谢梁晖/文、图)5月23日,中国激光杂志社发布“2021中国光学十大进展”,哈工大(深圳)材料科学与工程学院肖淑敏教授团队“偏振不敏感宽带二氧化钛消色差超构透镜在近红外生物成像中的应用”入选“2021中国光学十大进展”。该成果为将来轻薄小巧的超构透镜替换传统透镜提供了可能,也为医疗成像领域机载光学器件的进一步小型化和集成化带来了希望。相关研究成果以“High-efficiency broadband achromatic metalens for near-IR biological imaging window”为题,于2021年9月21日发表在《自然通讯》杂志上,博士研究生王雨杰为论文第一作者,陈钦杪、杨文宏、纪子恒为共同一作,肖淑敏教授为通讯作者。

  近红外区间的光对生物组织有着较强的穿透力,但目前的宽带消色差超构透镜,主要集中在可见光波段和1200 nm以外的红外波段。目前近红外一区(NIR-I,650-950 nm)的宽带消色差超构透镜数值孔径小,聚焦效率低,极大地阻碍了在荧光成像领域的应用。

  该团队针对聚焦生物成像需求,对二氧化钛(TiO2)超构透镜的制备工艺进行了创新,通过刻蚀的方法,将二氧化钛纳米柱的高度从目前的600 nm提高到了1500 nm,深宽比超过了30:1(图1),具有接近90°的垂直侧壁。在650-1000 nm的工作范围内,对任意偏振态的光实现了消色差功能,将聚焦效率进行了大幅提升,首次实现平均聚焦效率为88%,最高效率超过90%的偏振不依赖宽带消色差超构透镜(图2)。这种高效率的消色差超构透镜,在生物成像领域有着完美的应用。使用该透镜可以对海拉细胞进行成像,在生物成像的应用方面已经可以与传统物镜相媲美(图3)。高效率宽带消色差超构透镜成像质量媲美于同数值孔径下的传统物镜。轻薄小型的超构透镜有望搭载在便携式设备和无绳微型机器人中,进一步方便生物成像的应用。

  科研成果入选“2021中国光学十大进展”,是该团队不断向科学更深处进军的一个缩影。王雨杰说,连续几年进行工艺开发是枯燥的,甚至有不少令人“崩溃”的时刻,但在肖淑敏教授和宋清海教授的带领下,团队成员不但没有畏难,反而选择了更多“硬骨头”进行攻关。今后,团队将继续铆足干劲,努力解决更多“卡脖子”问题,为科技创新做出更大贡献。(审核 张惠屏)

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图1 各向同性二氧化钛超构表面结构SEM图

(a),(d) 高度为1200 nm的超构透镜倾斜角度电子显微镜图;

(b),(c),(e),(f) 高度为1500 nm的超构表面结构倾斜角度电子显微镜图

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图2 设计的数值孔径分别为0.24和0.10的两种消色差超构透镜

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图3 消色差超构透镜的细胞成像
(a)图为被测细胞在显微镜下的强光透射图,(b)图为超构透镜情况下的上转换荧光成像图,(c)图为传统物镜下的上转换荧光成像图。



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