1.引言

光(guang)(guang)學透鏡(jing)作為望遠鏡(jing)、顯微鏡(jing)、照相(xiang)物鏡(jing)等光(guang)(guang)學成像(xiang)(xiang)系(xi)統(tong)的重要組(zu)成部分，在傳(chuan)統(tong)光(guang)(guang)學領域得到(dao)了廣泛的研(yan)究。根(gen)據費馬原理(li)，電磁波(bo)從一種(zhong)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)過(guo)渡到(dao)另(ling)一種(zhong)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)是光(guang)(guang)程積累效應(ying)導致(zhi)的。為了有效調控電磁波(bo)波(bo)前，傳(chuan)統(tong)透鏡(jing)一般通(tong)過(guo)調控界(jie)面的幾何(he)形狀(zhuang)(zhuang)或折射率來(lai)實現(xian)相(xiang)位分布(bu)調控，但(dan)由于天然(ran)材料(liao)的介電常(chang)數和磁導率受限，現(xian)有的傳(chuan)統(tong)光(guang)(guang)學透鏡(jing)尺(chi)寸(cun)通(tong)常(chang)較(jiao)大(da)。隨著現(xian)代光(guang)(guang)學成像(xiang)(xiang)系(xi)統(tong)的集成化發展，采用多功能便攜式設備已經(jing)成為當前成像(xiang)(xiang)應(ying)用的發展趨勢，大(da)尺(chi)寸(cun)的傳(chuan)統(tong)光(guang)(guang)學透鏡(jing)無法滿(man)足特定的應(ying)用需求。

與(yu)傳統光(guang)(guang)學(xue)透鏡不同，超(chao)表面透鏡通過提供相位突變[3]實現對電磁波(bo)的(de)調控，成(cheng)(cheng)功打破了對于(yu)光(guang)(guang)學(xue)材(cai)(cai)料厚度的(de)依賴。超(chao)表面利用亞波(bo)長尺度單元(yuan)結(jie)構的(de)光(guang)(guang)學(xue)響(xiang)應，通過限制單元(yuan)結(jie)構周期可以有效消除(chu)高階衍射，提高調控效率。另一方(fang)面，利用超(chao)表面可以設(she)計(ji)特(te)定(ding)的(de)介電常(chang)數(shu)和(he)(he)磁導率，從而可以有效提高光(guang)(guang)學(xue)元(yuan)件的(de)設(she)計(ji)自由度。通過具體設(she)計(ji)超(chao)表面的(de)幾何構型和(he)(he)材(cai)(cai)料，可以實現透鏡成(cheng)(cheng)像、全息成(cheng)(cheng)像、渦旋(xuan)光(guang)(guang)束產(chan)生、偏振轉(zhuan)化等功能，在諸多(duo)領域表現出巨大的(de)應用潛力(li)。

光學超(chao)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)透(tou)鏡(jing)(jing)作為超(chao)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)一(yi)種重(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)要(yao)應(ying)用，近年來得到廣泛研(yan)(yan)究，而超(chao)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)透(tou)鏡(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)像(xiang)差分析和校正對于其在(zai)成(cheng)(cheng)像(xiang)系(xi)統中(zhong)的(de)(de)(de)(de)實際應(ying)用具(ju)有重(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)要(yao)意義。本文首先介紹了(le)超(chao)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)實現電磁調(diao)(diao)控(kong)的(de)(de)(de)(de)幾種機(ji)理，包括基于局(ju)域(yu)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)等離激元(yuan)共振(zhen)單元(yuan)的(de)(de)(de)(de)調(diao)(diao)控(kong)和基于電介質(zhi)(zhi)單元(yuan)的(de)(de)(de)(de)調(diao)(diao)控(kong)。然(ran)后，從光學系(xi)統像(xiang)差分析的(de)(de)(de)(de)角度(du)討(tao)論了(le)超(chao)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)透(tou)鏡(jing)(jing)中(zhong)單色(se)像(xiang)差和色(se)像(xiang)差（色(se)差）的(de)(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)因(yin)，并給出了(le)對應(ying)的(de)(de)(de)(de)像(xiang)差評價方(fang)法和像(xiang)質(zhi)(zhi)評價指標，這對于定量(liang)評價超(chao)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)透(tou)鏡(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)像(xiang)質(zhi)(zhi)量(liang)具(ju)有重(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)要(yao)意義。本文著重(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)整理了(le)超(chao)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)透(tou)鏡(jing)(jing)在(zai)成(cheng)(cheng)像(xiang)方(fang)面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)究進(jin)展(zhan)，包括消(xiao)色(se)差成(cheng)(cheng)像(xiang)、消(xiao)軸外像(xiang)差成(cheng)(cheng)像(xiang)、可重(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)構(gou)成(cheng)(cheng)像(xiang)等前沿研(yan)(yan)究領域(yu)。文章最后總結了(le)超(chao)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)在(zai)成(cheng)(cheng)像(xiang)方(fang)面(mian)(mian)(mian)(mian)仍待(dai)解決的(de)(de)(de)(de)問(wen)題(ti)和未來的(de)(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)方(fang)向。

2.電磁波振幅和相位調控機理

2.1 基于局域表面等離激元共振的單元結構

金(jin)屬(shu)(shu)(shu)天(tian)線(xian)是(shi)一種常用的(de)(de)(de)超表(biao)面構成單(dan)元，可以(yi)將傳播(bo)的(de)(de)(de)光(guang)集中在(zai)遠(yuan)(yuan)小于(yu)波(bo)長的(de)(de)(de)范(fan)圍內，由(you)此(ci)產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)電荷集群(qun)振蕩(dang)稱為表(biao)面等離激元。通(tong)過(guo)對金(jin)屬(shu)(shu)(shu)天(tian)線(xian)的(de)(de)(de)尺寸、形(xing)狀和空間取向進行設(she)計(ji)，可以(yi)實(shi)現在(zai)遠(yuan)(yuan)小于(yu)波(bo)長的(de)(de)(de)距離上引(yin)入相(xiang)位(wei)突變。這種單(dan)元調控(kong)機理基于(yu)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)局域表(biao)面等離激元共振（LSPR）。當(dang)入射(she)光(guang)波(bo)的(de)(de)(de)頻率與金(jin)屬(shu)(shu)(shu)納米(mi)結構表(biao)面傳導電子的(de)(de)(de)集群(qun)振蕩(dang)頻率相(xiang)匹配時(shi)，光(guang)在(zai)納米(mi)結構表(biao)面將發生(sheng)諧(xie)振散(san)射(she)產(chan)生(sheng)LSPR。由(you)于(yu)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)天(tian)線(xian)亞波(bo)長尺度(du)具(ju)有低高寬比特(te)點，其制造加(jia)工過(guo)程僅需要簡單(dan)的(de)(de)(de)剝離工藝實(shi)現。

2011年，Yu等人首次用(yong)V型天線(xian)實現了(le)對(dui)界面(mian)相(xiang)位的(de)(de)不連續調控，并且在中紅外(wai)波(bo)段證(zheng)明(ming)了(le)廣義折反射(she)定律(lv)。V型光(guang)學各(ge)向異性天線(xian)能夠支持兩(liang)種(zhong)諧(xie)振特性不同的(de)(de)等離激元本征(zheng)模(mo)式，兩(liang)個(ge)諧(xie)振模(mo)式可(ke)(ke)以被入射(she)光(guang)獨立激發。通過為天線(xian)陣列選擇合適的(de)(de)幾何(he)參數(shu)和(he)空間取向，可(ke)(ke)以保證(zheng)相(xiang)鄰光(guang)學天線(xian)間產生大小相(xiang)同的(de)(de)相(xiang)位差、且散射(she)振幅保持一致(zhi)。這種(zhong)光(guang)學天線(xian)也可(ke)(ke)以用(yong)于新型平面(mian)成像光(guang)學元件的(de)(de)設計。此外(wai)，U型天線(xian)、狹縫、納米棒等超表面(mian)單(dan)元結構也可(ke)(ke)用(yong)于實現基于LSPR的(de)(de)等離激元超表面(mian)，大量仿真和(he)實驗證(zheng)明(ming)了(le)等離激元超表面(mian)具有光(guang)場調控的(de)(de)功能。

在高(gao)頻(pin)電磁波區域(yu)，金(jin)屬對光的(de)(de)吸收較(jiao)強，無法(fa)實現高(gao)效(xiao)率(lv)的(de)(de)光場(chang)調控，而由高(gao)折(zhe)射率(lv)電介質構成的(de)(de)超表面可以有效(xiao)解(jie)決這一問題(ti)。根(gen)據單(dan)(dan)元結構的(de)(de)共振(zhen)特(te)性(xing)、幾何形狀和(he)分析模型等，可以進一步將全(quan)電介質超表面單(dan)(dan)元分為三(san)類：基(ji)(ji)于惠更(geng)斯(si)原(yuan)理的(de)(de)單(dan)(dan)元、基(ji)(ji)于截(jie)斷波導原(yuan)理的(de)(de)單(dan)(dan)元和(he)基(ji)(ji)于貝里(li)相位原(yuan)理的(de)(de)單(dan)(dan)元。全(quan)電介質單(dan)(dan)元的(de)(de)出(chu)現大大提(ti)高(gao)了(le)(le)超表面光學元件的(de)(de)工作效(xiao)率(lv)，并為解(jie)決偏振(zhen)敏感性(xing)問題(ti)和(he)色差問題(ti)提(ti)供了(le)(le)可能的(de)(de)解(jie)決方案。

2.2 基于惠更斯原理的單元結構

惠(hui)更斯原(yuan)理(li)定(ding)性指(zhi)出，波(bo)(bo)(bo)陣面(mian)(mian)上的每個點(dian)都可作為次級(ji)波(bo)(bo)(bo)源(yuan)形成新的波(bo)(bo)(bo)陣面(mian)(mian)。1901年，Love提出了(le)嚴格意(yi)義(yi)的惠(hui)更斯原(yuan)理(li)，將次級(ji)波(bo)(bo)(bo)源(yuan)定(ding)義(yi)為虛(xu)擬電流(liu)和磁(ci)流(liu)。此后，Schelkunoff拓展了(le)表(biao)(biao)面(mian)(mian)等效(xiao)原(yuan)理(li)，允許表(biao)(biao)面(mian)(mian)任(ren)意(yi)一(yi)側存在任(ren)意(yi)場分布(bu)。2013年，Pfeiffer等人利用表(biao)(biao)面(mian)(mian)等效(xiao)原(yuan)理(li)，首次在微波(bo)(bo)(bo)波(bo)(bo)(bo)段提出了(le)惠(hui)更斯超表(biao)(biao)面(mian)(mian)，這種單元結構可以通過控(kong)制表(biao)(biao)面(mian)(mian)電極(ji)化率(lv)和磁(ci)極(ji)化率(lv)來達到消除背向散射的效(xiao)果。通過調控(kong)表(biao)(biao)面(mian)(mian)極(ji)化率(lv)，結合邊界條件，能(neng)夠獲(huo)得任(ren)意(yi)形式的散射波(bo)(bo)(bo)前。當(dang)某一(yi)表(biao)(biao)面(mian)(mian)滿足：

圖1. 超(chao)(chao)表面(mian)透(tou)鏡(jing)(jing)像差(cha)分(fen)(fen)析。（a）聚焦效率計算示意圖。（b）超(chao)(chao)表面(mian)透(tou)鏡(jing)(jing)焦平(ping)面(mian)電(dian)(dian)場(chang)分(fen)(fen)布(bu)圖，其中藍色、紅色曲線分(fen)(fen)別代表衍射(she)(she)極限下的焦平(ping)面(mian)電(dian)(dian)場(chang)分(fen)(fen)布(bu)和超(chao)(chao)表面(mian)會聚透(tou)鏡(jing)(jing)焦平(ping)面(mian)電(dian)(dian)場(chang)分(fen)(fen)布(bu)。（c）雙(shuang)曲相位分(fen)(fen)布(bu)衍射(she)(she)平(ping)面(mian)（上(shang)）和傳統(tong)球面(mian)單透(tou)鏡(jing)(jing)（下）的光(guang)(guang)學(xue)系統(tong)示意圖及其對(dui)應(ying)的點(dian)列圖。（d）消軸外像差(cha)超(chao)(chao)表面(mian)透(tou)鏡(jing)(jing)結(jie)構。（e）衍射(she)(she)光(guang)(guang)學(xue)元件的斯特列爾比分(fen)(fen)布(bu)及不同入射(she)(she)角下的調制(zhi)傳遞函數（MTF）。

圖(tu)(tu)(tu)2. 消軸外像差超(chao)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)透(tou)鏡(jing)設計。（a）平面(mian)(mian)(mian)超(chao)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)透(tou)鏡(jing)（左）和(he)彎(wan)曲基板超(chao)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)透(tou)鏡(jing)（右）示(shi)(shi)意(yi)圖(tu)(tu)(tu)及二者在中心波(bo)長1.55 μm、入(ru)射(she)(she)角(jiao)10°條(tiao)件下的點(dian)列圖(tu)(tu)(tu)（PSF）。（b）級(ji)聯透(tou)鏡(jing)校(xiao)正剩余球差原(yuan)理示(shi)(shi)意(yi)圖(tu)(tu)(tu)（上(shang)(shang)）及不(bu)同(tong)角(jiao)度(du)入(ru)射(she)(she)光(guang)(guang)下級(ji)聯透(tou)鏡(jing)聚(ju)(ju)焦(jiao)光(guang)(guang)斑(ban)的FWHM測(ce)量(liang)值（下）。（c）超(chao)大視場角(jiao)單層平面(mian)(mian)(mian)超(chao)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)透(tou)鏡(jing)示(shi)(shi)意(yi)圖(tu)(tu)(tu)（左上(shang)(shang)）、用于(yu)測(ce)量(liang)不(bu)同(tong)入(ru)射(she)(she)角(jiao)下聚(ju)(ju)焦(jiao)光(guang)(guang)斑(ban)的實驗裝(zhuang)置(zhi)示(shi)(shi)意(yi)圖(tu)(tu)(tu)（右上(shang)(shang)）和(he)不(bu)同(tong)角(jiao)度(du)入(ru)射(she)(she)光(guang)(guang)下的聚(ju)(ju)焦(jiao)光(guang)(guang)斑(ban)測(ce)量(liang)結果（下）。

圖(tu)3. 消色(se)差超(chao)表(biao)面(mian)(mian)(mian)透(tou)(tou)鏡(jing)設(she)計(ji)。（a）將兩個(ge)不(bu)(bu)同波長(chang)的(de)(de)(de)光聚(ju)焦(jiao)在(zai)同一位(wei)置(zhi)的(de)(de)(de)超(chao)表(biao)面(mian)(mian)(mian)級聯透(tou)(tou)鏡(jing)示意圖(tu)。每層超(chao)表(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)相(xiang)位(wei)共同提(ti)供(gong)了兩個(ge)不(bu)(bu)同波長(chang)下(xia)所需的(de)(de)(de)雙曲線相(xiang)位(wei)分(fen)布。（b）反(fan)(fan)射式(shi)消色(se)差超(chao)表(biao)面(mian)(mian)(mian)透(tou)(tou)鏡(jing)示意圖(tu)（左）以(yi)及工作波長(chang)500 nm和(he)550 nm下(xia)反(fan)(fan)射光附加相(xiang)位(wei)與納(na)米柱寬度的(de)(de)(de)關系（右）。（c）兩種集成(cheng)諧振(zhen)單元的(de)(de)(de)偏振(zhen)轉(zhuan)換效率（紅色(se)）和(he)相(xiang)位(wei)分(fen)布（藍色(se)）圖(tu)。（d）不(bu)(bu)同色(se)散(san)特(te)性超(chao)表(biao)面(mian)(mian)(mian)透(tou)(tou)鏡(jing)所需的(de)(de)(de)相(xiang)對(dui)群延遲(chi)和(he)相(xiang)對(dui)群延遲(chi)色(se)散(san)分(fen)布。（e）由超(chao)表(biao)面(mian)(mian)(mian)校正透(tou)(tou)鏡(jing)和(he)傳統球面(mian)(mian)(mian)鏡(jing)構成(cheng)的(de)(de)(de)光學系統示意圖(tu)。（f）分(fen)區消色(se)差超(chao)表(biao)面(mian)(mian)(mian)透(tou)(tou)鏡(jing)示意圖(tu)。

圖4. 可(ke)調(diao)及(ji)可(ke)重(zhong)構超表(biao)面(mian)(mian)(mian)透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)設計。（a）氫化反(fan)應前后(hou)超表(biao)面(mian)(mian)(mian)透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)的相位分(fen)布(bu)以(yi)及(ji)對應的電場強(qiang)度分(fen)布(bu)。（b）可(ke)拉(la)伸PDMS襯底超表(biao)面(mian)(mian)(mian)示(shi)意(yi)圖（上），納米棒的長、寬、高以(yi)及(ji)埋入(ru)深度分(fen)別為l=240 nm, w=100 nm, h=70 nm, and d=200 nm。不(bu)同(tong)(tong)拉(la)伸比s對應的透(tou)(tou)射(she)圓偏(pian)振光沿光軸(zhou)的強(qiang)度分(fen)布(bu)（左下(xia)）以(yi)及(ji)焦距測量值(zhi)和(he)計算(suan)值(zhi)（右下(xia)）。（c）可(ke)調(diao)級(ji)聯(lian)超表(biao)面(mian)(mian)(mian)透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)示(shi)意(yi)圖。該超表(biao)面(mian)(mian)(mian)透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)由一片(pian)固定透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)和(he)一片(pian)可(ke)移(yi)動透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)構成(cheng)。（d）超表(biao)面(mian)(mian)(mian)級(ji)聯(lian)透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)成(cheng)像裝置示(shi)意(yi)圖（上）及(ji)不(bu)同(tong)(tong)外加電壓和(he)成(cheng)像距離(li)p對應的成(cheng)像效(xiao)果（下(xia)）

5.結論

本綜述(shu)從超(chao)(chao)表(biao)面(mian)設計原理出(chu)發，對超(chao)(chao)表(biao)面(mian)透(tou)鏡的像差及其工作(zuo)性(xing)能進(jin)行了(le)理論(lun)分析，對當前超(chao)(chao)表(biao)面(mian)成(cheng)像領域(yu)存在(zai)的技術問題進(jin)行了(le)相關探討(tao)，最后總結了(le)超(chao)(chao)表(biao)面(mian)成(cheng)像透(tou)鏡近年來(lai)的研(yan)究進(jin)展和具體(ti)應(ying)用。

由于傳統光(guang)學(xue)元件(jian)的大體(ti)積難以(yi)滿(man)足光(guang)學(xue)領(ling)域集(ji)成化的需求，作為(wei)平面光(guang)學(xue)元件(jian)的超表面和衍射光(guang)學(xue)元件(jian)越來越多地(di)應用于成像和聚焦等領(ling)域。

衍射(she)透(tou)(tou)(tou)鏡獲(huo)得附加相(xiang)位(wei)的(de)原理與傳統透(tou)(tou)(tou)鏡相(xiang)似，通(tong)過(guo)光(guang)(guang)(guang)在介質(zhi)中(zhong)傳播(bo)獲(huo)得的(de)光(guang)(guang)(guang)程引(yin)入(ru)相(xiang)位(wei)變化(hua)。多級衍射(she)透(tou)(tou)(tou)鏡為實現高效率的(de)平面(mian)透(tou)(tou)(tou)鏡提供了一種(zhong)方法，并且(qie)具(ju)(ju)有消(xiao)除像差的(de)潛力(li)。與衍射(she)透(tou)(tou)(tou)鏡的(de)相(xiang)位(wei)變化(hua)引(yin)入(ru)機制不同(tong)，超(chao)(chao)(chao)表面(mian)透(tou)(tou)(tou)鏡通(tong)過(guo)納米結(jie)構(gou)單元的(de)光(guang)(guang)(guang)學響應引(yin)入(ru)相(xiang)位(wei)變化(hua)。由(you)于亞波(bo)(bo)(bo)長(chang)結(jie)構(gou)具(ju)(ju)有波(bo)(bo)(bo)導模(mo)式、米氏散(san)射(she)模(mo)式、近場模(mo)式等多種(zhong)諧振模(mo)式，超(chao)(chao)(chao)表面(mian)可(ke)以提供自由(you)度很(hen)高的(de)光(guang)(guang)(guang)場調(diao)控功能。此外(wai)，超(chao)(chao)(chao)表面(mian)透(tou)(tou)(tou)鏡的(de)亞波(bo)(bo)(bo)長(chang)尺寸使(shi)其在集成光(guang)(guang)(guang)學和(he)光(guang)(guang)(guang)子(zi)學領域具(ju)(ju)有廣(guang)泛應用前景。

在大數值(zhi)孔(kong)徑(jing)成像(xiang)方(fang)面(mian)(mian)，超(chao)(chao)表面(mian)(mian)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)已(yi)經(jing)表現(xian)出(chu)超(chao)(chao)越衍(yan)射(she)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)性能，研究人員已(yi)經(jing)證明了多個(ge)數值(zhi)孔(kong)徑(jing)大于0.9的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)效超(chao)(chao)表面(mian)(mian)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)，但具有這一功能的(de)(de)(de)(de)(de)衍(yan)射(she)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)尚未在實(shi)驗中(zhong)實(shi)現(xian)。在消(xiao)色(se)(se)(se)差方(fang)面(mian)(mian)，衍(yan)射(she)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)通(tong)常(chang)利用多級衍(yan)射(she)消(xiao)色(se)(se)(se)差，這一方(fang)法不可避免(mian)地增(zeng)加了衍(yan)射(she)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)刻蝕深度(du)；而(er)超(chao)(chao)表面(mian)(mian)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)幾(ji)種消(xiao)色(se)(se)(se)差方(fang)法通(tong)常(chang)會(hui)受到(dao)工(gong)作(zuo)效率(lv)或工(gong)作(zuo)帶寬的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)。考慮(lv)到(dao)超(chao)(chao)表面(mian)(mian)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)消(xiao)色(se)(se)(se)差方(fang)法通(tong)常(chang)具有更高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)結構(gou)自由度(du)，未來在多色(se)(se)(se)成像(xiang)領域仍有望表現(xian)出(chu)超(chao)(chao)越衍(yan)射(she)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)性能。并(bing)且，超(chao)(chao)表面(mian)(mian)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)獨特(te)的(de)(de)(de)(de)(de)偏(pian)振特(te)性使其能夠(gou)實(shi)現(xian)特(te)殊形式的(de)(de)(de)(de)(de)光調(diao)控，從而(er)應用于偏(pian)振成像(xiang)、高(gao)效偏(pian)振器和偏(pian)振敏感光學等領域。盡管目前的(de)(de)(de)(de)(de)超(chao)(chao)表面(mian)(mian)透(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)已(yi)經(jing)能夠(gou)實(shi)現(xian)多種光調(diao)控功能，要(yao)實(shi)現(xian)工(gong)作(zuo)在大視場下的(de)(de)(de)(de)(de)無像(xiang)差、大數值(zhi)孔(kong)徑(jing)、高(gao)效率(lv)成像(xiang)還需(xu)解決(jue)以下幾(ji)類問題：

首先，在(zai)消(xiao)單色(se)像(xiang)差超(chao)(chao)表(biao)面透(tou)鏡中(zhong)，超(chao)(chao)表(biao)面透(tou)鏡視場范圍(wei)的增(zeng)加通常(chang)都伴隨著剩余球差校(xiao)正難度(du)的增(zeng)加。目(mu)前的解決方(fang)案需(xu)要利用孔(kong)徑光闌和級聯透(tou)鏡進行(xing)(xing)像(xiang)差校(xiao)正，這(zhe)就導致加工(gong)中(zhong)的對準環節精度(du)要求較高，增(zeng)加了工(gong)藝上(shang)的難度(du)。此(ci)外，大視場超(chao)(chao)表(biao)面透(tou)鏡的數(shu)值孔(kong)徑通常(chang)較小，在(zai)設計過(guo)程中(zhong)需(xu)要在(zai)二者之間(jian)進行(xing)(xing)權衡。

在消色(se)差(cha)超(chao)表面透(tou)鏡中，消色(se)差(cha)方法不具有可(ke)縮放性(xing)，即當透(tou)鏡尺(chi)寸增加時，滿足消色(se)差(cha)條(tiao)件的難度也(ye)隨(sui)之增加，因此大(da)尺(chi)寸的寬帶消色(se)差(cha)超(chao)表面透(tou)鏡難以實現。并且，消色(se)差(cha)超(chao)表面透(tou)鏡往往聚焦效(xiao)率較(jiao)低，高效(xiao)率的消色(se)差(cha)方案還需要進一步的研究。

最后，可(ke)調(diao)(diao)(diao)超(chao)表面(mian)透鏡(jing)(jing)的(de)調(diao)(diao)(diao)控(kong)速(su)度(du)對(dui)于基(ji)于超(chao)表面(mian)透鏡(jing)(jing)的(de)掃描(miao)和成像設備也十分重要。目前可(ke)調(diao)(diao)(diao)超(chao)表面(mian)透鏡(jing)(jing)主要基(ji)于溫(wen)度(du)進行(xing)(xing)調(diao)(diao)(diao)節或通過機械拉(la)伸進行(xing)(xing)調(diao)(diao)(diao)節，還(huan)無法滿足對(dui)于調(diao)(diao)(diao)控(kong)速(su)度(du)的(de)需求(qiu)。此外，要利用超(chao)表面(mian)透鏡(jing)(jing)平臺實現(xian)對(dui)于波前的(de)完全動(dong)態(tai)調(diao)(diao)(diao)控(kong)還(huan)存在一(yi)定挑(tiao)戰。解決這一(yi)問題對(dui)于未(wei)來多功能超(chao)表面(mian)透鏡(jing)(jing)和集成可(ke)重構(gou)超(chao)表面(mian)透鏡(jing)(jing)的(de)實現(xian)具有重要意(yi)義。

鑒于篇幅，本文僅為節選（中國光學(xue) 第(di)4期 第(di)14卷）

相關產品鏈接：//szdcj.net/show/393.html  //szdcj.net/show/391.html