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近日，一項發表于《光學快報》（Optics Express）的研究展示了一種制造多色超構透鏡的新方法。該研究由德國耶拿弗里德里希·席勒大學主導，有望推動新一代超小型、低成本、高性能光學器件的發展，直接應用于便攜設備。 超構透鏡是一種厚度不足頭發絲直徑的二維平面結構，其通過納米級天線陣列來操控光線。與傳統基于曲面折射的笨重透鏡組相比，超構透鏡具有超薄、輕便且可集成化的巨大優勢。然而，讓單個超構透鏡有效聚焦寬波段的光（如白光）一直是個重大難題。 早期單層設計面臨物理極限：難以在保持大尺寸和高數值孔徑（決定集光能力和分辨率）的同時，實現寬波段工作。為解決此問題，研究團隊轉向了多層堆疊的超構透鏡設計方案。 團隊采用先進的“逆向設計”算法，由計算機自主優化尋找最佳納米結構。該方法的目標是在每一層中激發特定的電磁共振（惠更斯共振），從而實現對不同波長的光進行精確相位控制。這種基于共振的方法，使最終設計對光的偏振狀態不敏感，并放寬了制造公差，更有利于大規模生產。 令人驚訝的是，算法生成出的納米單元形狀多樣，包括圓角方形、四葉草形和螺旋槳形等。這些納米結構共同提供了從0到2π的完整相移覆蓋，使研究人員能夠像繪制地圖一樣設計透鏡的聚焦功能，例如實現將不同顏色光線路由到不同位置的效果。 盡管目前該多層設計能有效處理的離散波長數量有限（約5個），但它標志著超構透鏡向實用化邁出了關鍵一步。其模塊化的制造理念也與成熟的半導體工藝兼容，為未來產業化鋪平了道路。 --《每日科學》網站（www.sciencedaily.com） |
