超透鏡（Metalenses）是使用超表面來(lái)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(xué)響應(yīng)，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(shè)計(jì)選項(xiàng)，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。 b#S-u }1PE  
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超透鏡的優(yōu)點(diǎn) 8nSw7:z  
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大多數(shù)傳統(tǒng)的透鏡設(shè)計(jì)使用凸面或凹面形狀來(lái)聚焦或擴(kuò)展入射光束。雖然可以在光軸上實(shí)現(xiàn)近乎理想的聚焦，但所得圖像可能會(huì)因穿過(guò)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。 You~ 6d6Om  
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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(gè)光學(xué)組件，這會(huì)增加設(shè)備的重量和體積。如果設(shè)備需要改變焦點(diǎn)位置或平移光束，則還需要移動(dòng)透鏡組，這可能會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。 H .sfM   

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衍射透鏡與傳統(tǒng)透鏡設(shè)計(jì)相比具有一些優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈兪潜馄降牟⑶蚁鄬?duì)容易以低成本制造。然而，這些鏡頭的顯著缺點(diǎn)之一是存在高階衍射光線，從而限制了可以實(shí)現(xiàn)的圖像質(zhì)量，尤其是在高精度的成像領(lǐng)域。 tkHUX!Ow;  
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相比之下，超透鏡的設(shè)計(jì)更加靈活，并且不會(huì)出現(xiàn)透射圖像中存在更高衍射級(jí)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(wú)需物理改變光學(xué)系統(tǒng)中任何組件的位置。許多光學(xué)系統(tǒng)由于需要運(yùn)動(dòng)光學(xué)組件而存在不穩(wěn)定問題，這限制了它們?cè)谑殖衷O(shè)備或車載自動(dòng)駕駛汽車等移動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用。超透鏡可能是一個(gè)非常方便實(shí)際的解決方案。 b]WvKdq  
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表面結(jié)構(gòu) tqU8>d0^  
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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。 p"n3JV.~k+  
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介電材料用于許多標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)元件，還可以制備產(chǎn)生亞波長(zhǎng)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(wú)像差、衍射限制、偏振無(wú)關(guān)的聚焦，并且其可在廣泛的帶寬范圍內(nèi)工作。 (`f)Tt=`  
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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(zhǎng)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。 DEenvS`,P  
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在設(shè)計(jì)超透鏡時(shí)，必須考慮表面散射點(diǎn)的幾何形狀。每個(gè)元單元都會(huì)影響電磁輻射的特性，必須仔細(xì)設(shè)計(jì)以避免傳統(tǒng)的鏡頭問題。 B=i%Z_r]w  
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已經(jīng)有短波長(zhǎng)光刻裝置利用超透鏡可實(shí)現(xiàn)的亞衍射聚焦來(lái)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(xué)器件的效率仍然存在一些挑戰(zhàn)。 K$ |!IXs  
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超透鏡的未來(lái) /5:qS\Zl  
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超透鏡在單個(gè)光學(xué)元件中執(zhí)行復(fù)雜波前工程的潛力對(duì)于一系列應(yīng)用非常有吸引力。其使得設(shè)備小型化、并提高了光學(xué)穩(wěn)定性和實(shí)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。 0MOn>76$N  
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然而，超透鏡的制造并非易事，因?yàn)樾枰�以高精度設(shè)計(jì)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。 Dr#V^"Dte  
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目前，經(jīng)濟(jì)高效地制造超透鏡仍然是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。仍然需要對(duì)適合用作超表面的新材料進(jìn)行大量研究。 ">R`S<W  
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盡管制造面臨挑戰(zhàn)，但隨著設(shè)計(jì)技術(shù)和工藝水平的進(jìn)步，新的工具不斷涌現(xiàn)，商業(yè)化的批量制造應(yīng)該不難攻克。超透鏡在過(guò)去幾年中取得了快速進(jìn)展，證明它們可用于控制光的基本特性，特別是亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)被稱贊為有可能帶來(lái)“工程光學(xué)2.0”的新革命。