如今，多學科融合和跨學科創(chuàng)新已經(jīng)成為一種新的科技發(fā)展趨勢。今天，筆者要介紹的創(chuàng)新研究案例，再一次的融合了兩個前沿科技領域：微機電系統(tǒng)和超透鏡。

首先，我們還是先簡單了解下相關背景知識。微機電系統(tǒng)（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System），也稱為微電子機械系統(tǒng)、微系統(tǒng)、微電子技術等，是指尺寸在幾毫米甚至更小的高科技裝置，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米量級，是一個獨立的智能系統(tǒng)。它是在微電子技術（半導體制造技術）基礎上發(fā)展起來的，融合了光刻、腐蝕、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密機械加工等技術制作的高科技電子機械器件。例如，之前筆者常介紹的芯片實驗室技術，就與MEMS技術密不可分。

超表面可以組成具有透鏡功能的納米結(jié)構(gòu)，因此便有了超透鏡。起初，超透鏡由哈佛大學應用物理系教授Federico Capasso及其在佛大學約翰·保爾森工程和應用科學學院（SEAS）的科研小組開發(fā)。不同于傳統(tǒng)透鏡，超透鏡最大優(yōu)點就是：輕?。ê穸葹榧{米級）和小型化。其功能遠遠超越傳統(tǒng)透鏡，并有望徹底顛覆傳統(tǒng)光學裝置中笨重繁瑣的透鏡組，使得手機攝像頭、眼鏡、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實硬件都變得非常輕薄。

前不久，筆者剛介紹過美國哈佛大學約翰·保爾森工程和應用科學學院（SEAS）的科研人員開發(fā)的大面積自適應超透鏡（metalens），它有望成為未來的“人造眼”。

超材料和微機電系統(tǒng)（MEMS）兩項技術看似無關，但是科研人員在嘗試將它們結(jié)合。例如，美國杜克大學科研人員就結(jié)合這兩項技術，設計出了首個具有紅外線發(fā)射特性的超穎材料裝置，它不僅能夠顯示出迅速變化的紅外線圖案，還可用于廢熱利用。此外，這種可重構(gòu)的超穎材料還有望應用于動態(tài)紅外線光學隱身斗篷，以及紅外線范圍內(nèi)的負折射率介質(zhì)。

近日，美國能源部（DOE）阿貢國家實驗室與哈佛大學的研究人員進行合作，首次將在光通信、生物成像、激光雷達（LIDAR）系統(tǒng)中廣泛應用的兩種技術：微機電系統(tǒng)（MEMS）和超透鏡結(jié)合到了一起，成功地制造出位于MEMS平臺頂層之上的超透鏡。

下圖是集成到MEMS掃描器中的基于超表面的平面透鏡（方片）的近距離視圖。MEMS與超透鏡相結(jié)合，通過結(jié)合高速動態(tài)控制和精準波前空間處理的優(yōu)勢，在傳感器中操控光線。這幅圖像由阿貢國家實驗室納米材料中心的光學顯微鏡拍攝。

下圖是集成到MEMS掃描器中的基于超表面的平面透鏡（圓形）的近距離視圖。MEMS與超透鏡相結(jié)合，通過結(jié)合高速動態(tài)控制和精準波前空間處理的優(yōu)勢，在傳感器中操控光線。這幅圖像由阿貢國家實驗室納米材料中心的光學顯微鏡拍攝。

Daniel Lopez表示：“這些裝置對于如今的許多技術來說都很關鍵。它們已經(jīng)遍布各個領域，從激活汽車安全氣囊到智能手機的全球定位系統(tǒng)，都可以看到這些裝置的身影。”

在論文中，科研人員描述了他們是如何制造和測試這種新型裝置。這些裝置的直徑是900微米，厚度是10微米（人類頭發(fā)絲的厚度約為50微米）。

在這兩項技術融合的光學系統(tǒng)中，MEMS 鏡子反射掃描光線，然后超透鏡會聚焦這些光線，并且無需額外的光學組件，例如聚焦透鏡。阿貢國家實驗室和哈佛法大學的團隊成功地將兩種技術結(jié)合到一起，而不會影響彼此的性能。

最終的目標是，通過使用如今制造電子器件的同樣技術，制造光學系統(tǒng)所有組件：MEMS、光源和基于超表面的光學器件。Lopez表示：“然后，從根本上說，光學系統(tǒng)可以與信用卡一樣薄。”

目前，在阿貢國家實驗室納米材料中心、SEAS以及哈佛大學納米系統(tǒng)中心（美國國家納米技術協(xié)同基礎設施的一部分）的科學家們正在合作進一步開發(fā)兩項技術的新型應用。