超透鏡（Metalenses）是使用超表面來聚焦光線的平面透鏡。超表面是一系列人工天線，可操縱入射光的光學響應，包括其幅度相位和偏振。超透鏡技術(shù)為鏡頭提供了一系列新的輕量化設計選項，而且表面的平坦特性還有助于避免傳統(tǒng)曲面鏡頭中常見的圖像變形失真的問題。 tHwMX1 IG  
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超透鏡的優(yōu)點 I75DUJqy]  
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大多數(shù)傳統(tǒng)的透鏡設計使用凸面或凹面形狀來聚焦或擴展入射光束。雖然可以在光軸上實現(xiàn)近乎理想的聚焦，但所得圖像可能會因穿過透鏡其他區(qū)域的光而失真。圖像角落的桶形和枕形失真是最常見的一些。 76h ,]xi  
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校正鏡頭像差通常意味著創(chuàng)建定制鏡頭或多個光學組件，這會增加設備的重量和體積。如果設備需要改變焦點位置或平移光束，則還需要移動透鏡組，這可能會進一步導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。 pohp&Tcm  
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衍射透鏡與傳統(tǒng)透鏡設計相比具有一些優(yōu)勢，因為它們是扁平的并且相對容易以低成本制造。然而，這些鏡頭的顯著缺點之一是存在高階衍射光線，從而限制了可以實現(xiàn)的圖像質(zhì)量，尤其是在高精度的成像領(lǐng)域。 X))/ m[_[  
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相比之下，超透鏡的設計更加靈活，并且不會出現(xiàn)透射圖像中存在更高衍射級的相同問題。目前研究人員都聚焦于為超透鏡研發(fā)更多的新型表面，這些表面將允許平面透鏡改變其聚焦位置，而無需物理改變光學系統(tǒng)中任何組件的位置。許多光學系統(tǒng)由于需要運動光學組件而存在不穩(wěn)定問題，這限制了它們在手持設備或車載自動駕駛汽車等移動領(lǐng)域的應用。超透鏡可能是一個非常方便實際的解決方案。 )"aV* "  
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表面結(jié)構(gòu) ]a*d#  
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超透鏡有兩種主要的超表面結(jié)構(gòu)——電介質(zhì)或等離子體。 .Od!0(0  
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介電材料用于許多標準光學元件，還可以制備產(chǎn)生亞波長散射的超表面。如果需要，介電材料可用于在入射光脈沖中引入相位延遲，現(xiàn)在有些介電材料還可用于創(chuàng)建無像差、衍射限制、偏振無關(guān)的聚焦，并且其可在廣泛的帶寬范圍內(nèi)工作。 4-H+vNG{%  
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等離子體激元材料有利于電磁輻射的振幅整形，并且可以在很寬的波長范圍內(nèi)使用。材料中的等離激元模式定義明確，可用于制造透鏡，并且各種改性（例如添加層以濾除更高階等離激元模式）也有助于提高最終元透鏡的效率。 2?ez,*-[  
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在設計超透鏡時，必須考慮表面散射點的幾何形狀。每個元單元都會影響電磁輻射的特性，必須仔細設計以避免傳統(tǒng)的鏡頭問題。 *@=/qkaJaI  
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已經(jīng)有短波長光刻裝置利用超透鏡可實現(xiàn)的亞衍射聚焦來提高儀器的空間分辨率。然而，制造超透鏡以照亮更大的區(qū)域并提高許多超透鏡光學器件的效率仍然存在一些挑戰(zhàn)。 dufu|BL|}  
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超透鏡的未來 *Y7u'v  
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超透鏡在單個光學元件中執(zhí)行復雜波前工程的潛力對于一系列應用非常有吸引力。其使得設備小型化、并提高了光學穩(wěn)定性和實現(xiàn)比傳統(tǒng)鏡頭更好的聚焦質(zhì)量，是替代傳統(tǒng)透鏡的理想選擇。 s/ qYa])  
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然而，超透鏡的制造并非易事，因為需要以高精度設計微小結(jié)構(gòu)以在超表面上產(chǎn)生所需的聚焦或其它特定行為。 Eq9
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目前，經(jīng)濟高效地制造超透鏡仍然是一項重大挑戰(zhàn)。仍然需要對適合用作超表面的新材料進行大量研究。 7XLtN "$$  
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盡管制造面臨挑戰(zhàn)，但隨著設計技術(shù)和工藝水平的進步，新的工具不斷涌現(xiàn)，商業(yè)化的批量制造應該不難攻克。超透鏡在過去幾年中取得了快速進展，證明它們可用于控制光的基本特性，特別是亞波長結(jié)構(gòu)被稱贊為有可能帶來“工程光學2.0”的新革命。