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为什么超透镜在器件小型化中很重要

2022-9-6 08:56| 发布者: 光执事| 查看: 626| 评论: 0

摘要: 对于许多成像应用,包括传感和内窥镜检查,光学透镜是不可或缺的。新兴的可穿戴和便携式电子产品需要集成度更高、尺寸更小、性能更好的现代成像设备。

        对于许多成像应用,包括传感和内窥镜检查,光学透镜是不可或缺的。新兴的可穿戴和便携式电子产品需要集成度更高、尺寸更小、性能更好的现代成像设备。


图片来源: Meiyan Pan, Yifei Fu, Mengjie Zheng, Hao Chen, Yujia Zang, Huigao Duan, Qiang Li, Min Qiu, and Yueqiang Hu


        另一方面,传统成像依赖于透镜表面的光弯曲和沿传播方向逐渐累积的相位变化。

 

        在透镜没有足够厚度的情况下,缩小传统透镜的尺寸是具有挑战性的。由于单个透镜的有限性能,传统的成像系统通常包括级联透镜。因此,较小的成像系统给传统光学带来了困难。

 

        超透镜是一种基于超曲面的平面透镜,可以提供一种替代方案来满足对系统集成和设备小型化日益增长的需求。由亚波长特征(特别是亚原子)局部引起的突然相变导致透镜聚焦。

 

        由于其卓越的效率,全电介质透镜引起了最大的兴趣。使用平面结构引入许多自由度来操纵光波前。于是,薄而轻的平板光学器件成为可能。

 

        来自中国季华实验室和湖南大学的研究人员及其同事在《光:科学与应用》杂志上发表的一篇新评论文章中强调了介电透镜在紧凑型成像系统中的进步,同时强调了阻碍未来进步的障碍,以促进基于透镜的紧凑型设备的发展。

 

        由于调节光的高度自由度,许多功能甚至可以容纳在单个透镜的相同公共孔径内。

 

        单片透镜有很多机会取代其复杂的传统等效物,正如基于透镜的各种应用(如三维成像、实时偏振成像和光学模拟计算)的最新进展所示。 尽管到目前为止已经取得了巨大的进展,但是基于超透镜的成像系统可以实际开发之前,仍然需要克服几个障碍。

 

        研究人员表示,由于基本相位离散化和衍射限制,高聚焦效率对于高数值孔径超透镜来说是一个挑战。透镜的突破性宽带消色差特性受到一些基本约束、设计限制和制造挑战。此外,应控制透镜参数和像差校正能力的冲突。关于多功能透镜,整体效率不仅受到功率有效分量的限制,还受到子单元间串扰的限制。平衡不同焦点之间的性能也是一项艰巨的任务。” “此外,传统设计方法的局限性、电介质超透镜的放大以及集成设备的方法共同的挑战正在阻碍电介质超透镜集成系统的进一步发展研究人员补充道。

 

        他们进一步指出,反过来,这些挑战为超透镜提供了一些可能的未来发展方向:()打破超透镜性能之间冲突的新策略。㈡多功能和可重新配置的透镜,可以取代传统光学的复杂配置。㈢高性能超透镜构件的高效率设计方法。㈣大面积透镜的高效率制造和大规模制造方法。研究人员总结道,通过解决超透镜目前面临的挑战并结合非局部光学技术,我们可以预计基于超透镜的成像系统将越来越紧凑,并在未来的应用中得到广泛应用,从消费摄影和自动驾驶汽车的相机模块到AR/VR/MR和机器视觉的可穿戴显示器,到生物成像和内窥镜检查,再到信号处理和光学计算。

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