超透镜是一种利用超表面聚焦光线的平面透镜。超表面是一系列改变入射光的光学特性的人工天线，包括其振幅、相位和偏振。
图 1图片来源:Kryuchka Yaroslav/Shutterstock.com 超构透镜为透镜提供了一系列轻量级的新设计选择，但表面的平坦特性有助于避免许多常见的标准曲面透镜的变形。 超透镜的优点 大多数传统的透镜设计使用凸或凹形状来聚焦或扩大入射光束。虽然在光轴上可以实现接近理想的聚焦，但通过其他透镜区域的光线可能会使成像变形。筒形和针垫变形在图像的角落是一些最常见的。 纠正透镜像差通常意味着创建自定义透镜或多个光学组件，这将增加设备的重量和体积。如果一个设备需要改变焦点位置或光束被平移，它也需要移动任意透镜组，这进一步增加了不稳定的风险。 衍射透镜比传统透镜设计有一些优势，因为它们也是平面的，而且相对容易以低成本制造。然而，这些透镜的一个重要缺点是高阶衍射的存在，限制了可以实现的图像质量。相比之下，超透镜在设计上要灵活得多，在透射像中出现更高的衍射级时不存在同样的问题。 现在人们正在为超透镜创造许多新型的表面，这些表面将允许平面透镜在不改变光学系统中任何组件的物理位置的情况下改变其聚焦位置，许多光学系统由于运动部件存在不稳定性问题;这限制了它们在手持设备或车载自动驾驶车辆等领域的应用。超构透镜可能是一个非常方便的紧凑的解决方案。 表面结构 超构透镜有两种主要的超表面结构，介电结构和等离子体结构。介电材料用于许多标准光学元件，也可以产生亚波长散射，形成超表面。 介电材料通常用来在需要时向入射光脉冲中引入相位延迟1，现在有介电材料可以用来产生无像差、衍射受限、偏振无关的聚焦，这种聚焦可以在广泛的带宽范围内工作。 在设计超构透镜时，必须考虑表面散射点的几何形状。每一种超单元都会影响电磁辐射的特性，因此必须精心设计以避免传统透镜的问题。 等离子体材料有利于电磁辐射的振幅塑造，可以在很宽的波长范围内使用材料中的等离子体模被很好地定义来创造透镜，但是各种像添加层来过滤更高阶的等离子体模的修改，也可以帮助提高最终超构透镜的效率。 经有短波长光刻装置利用超透镜可达到的亚衍射限制聚焦来提高仪器的空间分辨率然而，在制造超构透镜来照亮更大的区域和提高许多超构透镜光学器件的效率方面仍然存在一些挑战。 超透镜的未来 超构透镜在单一光学系统中进行复杂波前工程的潜力具有广泛的应用前景。 超透镜是设备小型化的理想选择，能提高光学稳定性，实现比传统透镜更好的聚焦质量。 然而，超构透镜的制造是很重要的，因为需要设计出高精度的微小结构来在超表面上创造所需的行为。 合理利用成本有效地制造超构透镜仍然是一个重大的挑战。对于适合用作超表面的新材料还需要进行大量的研究。 尽管存在制造上的挑战，超构透镜在过去几年里取得了快速的进展，证明它们可以用来控制光的所有基本性质。特别是亚波长结构，被认为有可能带来“工程光学2.0”的新革命 设计用于宽带应用的多尺度结构是超构透镜未来需要克服的另一个关键挑战。超构透镜的设计和批量制造是有问题的，因为它需要合并几种类型的结构。然而，随着设计原则的出现，新的工具正在出现，这意味着任何依赖集成光学的设备都有一个光明的未来。 |
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