Particle nanotracking (PNT) is highly desirable in lab-on-a-chip systems for flexible and convenient multiparameter measurement. An ultrathin flat lens is the preferred imaging device in such a system, with the advantage of high focusing performance and compactness. However, PNT using ultrathin flat lenses has not been demonstrated so far because PNT requires the clear knowledge of the relationship between the object and image in the imaging system. Such a relationship still remains elusive in ultrathin flat lens-based imaging systems because they operate based on diffraction rather than refraction. In this paper, we experimentally reveal the imaging relationship of a graphene metalens using nanohole arrays with micrometer spacing. The distance relationship between the object and image as well as the magnification ratio is acquired with nanometer accuracy. The measured imaging relationship agrees well with the theoretical prediction and is expected to be applicable to other ultrathin flat lenses based on the diffraction principle. By analyzing the high-resolution images from the graphene metalens using the imaging relationship, 3D trajectories of particles with high position accuracy in PNT have been achieved. The revealed imaging relationship for metalenses is essential in designing different types of integrated optical systems, including digital cameras, microfluidic devices, virtual reality devices, telescopes, and eyeglasses, and thus will find broad applications.

中文翻译：

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用于集成粒子纳米追踪的石墨烯元透镜

粒子纳米跟踪 (PNT) 在芯片实验室系统中非常理想，可用于灵活方便的多参数测量。超薄平面透镜是此类系统中首选的成像设备，具有聚焦性能高和紧凑的优点。然而，使用超薄平面透镜的 PNT 到目前为止还没有得到证明，因为 PNT 需要清楚地了解成像系统中物体和图像之间的关系。这种关系在基于超薄平面透镜的成像系统中仍然难以捉摸，因为它们基于衍射而不是折射进行操作。在本文中，我们使用具有微米间距的纳米孔阵列通过实验揭示了石墨烯元透镜的成像关系。以纳米精度获取物体与图像之间的距离关系以及放大倍数。实测成像关系与理论预测吻合良好，有望应用于其他基于衍射原理的超薄平面透镜。通过使用成像关系分析来自石墨烯元透镜的高分辨率图像，已经实现了 PNT 中具有高位置精度的粒子的 3D 轨迹。揭示的超透镜成像关系对于设计不同类型的集成光学系统至关重要，包括数码相机、微流体设备、虚拟现实设备、望远镜和眼镜，因此将得到广泛的应用。实测成像关系与理论预测吻合良好，有望应用于其他基于衍射原理的超薄平面透镜。通过使用成像关系分析来自石墨烯元透镜的高分辨率图像，已经实现了 PNT 中具有高位置精度的粒子的 3D 轨迹。揭示的超透镜成像关系对于设计不同类型的集成光学系统至关重要，包括数码相机、微流体设备、虚拟现实设备、望远镜和眼镜，因此将得到广泛的应用。实测成像关系与理论预测吻合良好，有望应用于其他基于衍射原理的超薄平面透镜。通过使用成像关系分析来自石墨烯元透镜的高分辨率图像，已经实现了 PNT 中具有高位置精度的粒子的 3D 轨迹。揭示的超透镜成像关系对于设计不同类型的集成光学系统至关重要，包括数码相机、微流体设备、虚拟现实设备、望远镜和眼镜，因此将得到广泛的应用。已经实现了 PNT 中具有高位置精度的粒子的 3D 轨迹。揭示的超透镜成像关系对于设计不同类型的集成光学系统至关重要，包括数码相机、微流体设备、虚拟现实设备、望远镜和眼镜，因此将得到广泛的应用。已经实现了 PNT 中具有高位置精度的粒子的 3D 轨迹。揭示的超透镜成像关系对于设计不同类型的集成光学系统至关重要，包括数码相机、微流体设备、虚拟现实设备、望远镜和眼镜，因此将得到广泛的应用。