從無線電波到的可見光，電磁波譜的很多部分都已經(jīng)被人們所熟知。但是有一段波長卻常常被人忘記，了解甚少，甚至直到最近也很少被人研究，這就是太赫茲，實際上，它在成像和通信領(lǐng)域都有很重要的應(yīng)用。

“太赫茲屬于微波和紅外線之間的空白區(qū)域?！眮碜悦绹鞅贝髮W(xué)的機(jī)械工程助理教授孫成說：“人們正在試圖填補(bǔ)這一空白，因為該頻譜攜帶著大量信息?！?/p>

就在最近，孫成教授和他的團(tuán)隊使用超材料和3D打印技術(shù)開發(fā)出了一種可以使用太赫茲頻率工作的新型鏡頭。與常見的鏡頭相比，它不僅具有較好的成像能力，而且為人們進(jìn)一步探索太赫茲這一神秘王國打開了大門。

目前，這一受到美國國家自然科學(xué)基金（NSF）資助的研究成果已經(jīng)在4月22日被發(fā)表在了《Advanced Optical Materials》雜志上。

“一般的鏡頭——甚至那些先進(jìn)的鏡頭——都設(shè)計了很多部件以解決其內(nèi)部的缺陷問題?！睂O成教授稱：“有的時候，為了提供最佳的成像功能現(xiàn)代成像系統(tǒng)甚至需要疊加好幾個鏡頭，但這種做法往往非常昂貴和復(fù)雜"。

透鏡的焦距是由其曲率和折射率決定的，它們在光線進(jìn)入時幫助其聚集在一起，如果沒有相應(yīng)的部件來解決其中的缺陷，最終產(chǎn)生的圖像就可能會比較模糊。而孫教授的鏡頭，則采用了一種梯度折射率，這種折射率可以隨空間而變化，無需額外的糾正部件即可形成完美的圖像。

這種全新的鏡頭有兩大主要特征。首先，它是由一種新型超導(dǎo)材料制成的，這種材料具有自然界中很少存在的屬性。“這種屬性源自其微小的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)比太赫茲的波長還小很多?！睂O成實驗室里的成員、該論文的第一作者Fan Zhou說：“通過組裝這些微小的結(jié)構(gòu)，我們可以實現(xiàn)折射率的特定分布?！?/p>

其次，該鏡頭是研究團(tuán)隊使用一種被稱為投影微立體光刻（projection micro-stereo-lithography）的3D打印技術(shù)制造出來的。這種技術(shù)能夠以一種可擴(kuò)展、快速和廉價的方式來制造鏡頭用于操作該太赫茲頻率波段所需要的細(xì)部特征。3D打印技術(shù)還使得研究人員可以制造出精確匹配他們的設(shè)計的超材料。

“我們在3D打印中主要使用一種液態(tài)的光聚合物?！睂O成說：“當(dāng)我們把一束光投射在該材料上時，它就能將其轉(zhuǎn)化成固體。這種材料可以根據(jù)光的形狀成型，這使我們能夠創(chuàng)建一種獨(dú)特的3D結(jié)構(gòu)。使用傳統(tǒng)制造工藝，你根本不可能實現(xiàn)梯度折射率?！?/p>

據(jù)悉，這種特殊的鏡頭可以將太赫茲用于成像，它在安全方面特別有用，而且更便宜、分辨率更高，而且適用范圍更廣。比如，盡管X射線可以檢測金屬，但它無法檢測塑料或化學(xué)品。而太赫茲掃描儀就可以檢測到后兩項，發(fā)現(xiàn)隱藏的武器，以及像炭疽病、塑料炸藥這樣的生化武器。另外，不同于X射線，太赫茲輻射對人體完全無害。

“這方面的進(jìn)步意味著我們可以以高分辨率揭示出一些不透明的材料以前根本無法獲取的信息?！痹擁椦芯康暮献髡撸瑏碜远砜死务R州立大學(xué)的Wei Cao說：“這是一項在從生物醫(yī)學(xué)到安全等諸多領(lǐng)域都有大量潛在應(yīng)用的全新技術(shù)?！?/p>

去年的時候，我國華中科技大學(xué)的科學(xué)家團(tuán)隊也曾經(jīng)做過此類研究。