1.媒体来源:大纪元新闻网
2.记者署名:吴瑞昌
3.完整新闻标题:光学新突破 新镜头有望比头发丝还小
4.完整新闻内文:
2025-10-23 07:20 中港台时间|10-23 07:30 更新
图:https://reurl.cc/EQONGv
拿着橙色拍立得相机的女性游客在海边拍照。(Shutterstock)
【大纪元2025年10月22日讯】（大纪元记者吴瑞昌编译报导）随着现代人对于摄
像工具的需求不断增加，并越来越追求小型化，近期，澳洲与德国科学家们开发了一种
全新的多层超颖透镜（超透镜）设计，预计彻底改变整个手机、无人机和卫星等设备
的光学系统，使其变得更加小型和便捷。
近期，德国耶拿大学（Friedrich Schiller University Jena）与澳洲大学（ANU
）变革性元光学系统卓越中心（TMOS）组成的研究团队，突破障碍成功开发出一种新
型多层惠更斯（Huygens）“超颖透镜”。目前这项设计研究结果发表在《光学快报》
上。
由于“超颖透镜”（Meta Lens）属于一种新型平面镜片，表面大量排列比头发丝
还微小的柱状结构。该结构又被称为“超原子”，能够精准地控制光线的方向和速度
，达到聚焦成像的效果。因此它被视为下一代的光学解决方案，代替传统体积大、重
量重的镜片折射聚焦成像。
尽管超颖透镜潜力巨大，但存在一些问题需要克服。包括无法像人类肉眼或传统
相机一样处理不同颜色的光，只能处理单一颜色光（波长），也对光的偏振敏感，容易
产生杂光影响成像。此外，超颖透镜上的超原子制造较为困难，只要层与层之间稍有
偏差就会影响成像品质。
这次，他们透过“逆向设计算法”成功优化每一层超颖透镜上的超原子形状，
让每层超颖透镜达到各司其职，以提升超颖透镜参数的自由度。这包括为同颜色的光线
设计专属通道，让其它不需要的光可以直接通过，以减少光线的干扰。
这种巧妙的设计，使整个超颖透镜能够同时处理多种不同波长的光，且之间不会
互相干扰，实现了多波长聚焦。整体就像一个管弦乐队里面有不同的乐器，它们能够演
奏自己的旋律，却不影响整体演奏，显示出谐和的模样。
该团队在优化过程中，发现超原子形状涵盖了圆角的正方形、四叶草，甚至还有
螺旋桨状。这些微小的结构高约300奈米（nm）、宽1000nm，能实现全方位的完整光相
位变化，让研究人员能够精准地控制光线，实现各种复杂的聚焦模式。
研究团队设计出一个在2000nm和2340nm波长（红外线）下运行的超颖透镜，直径1
25微米左右（μm）。数值孔径（NA）为0.11。模拟测试显示，该超颖透镜实现了接近
绕射极限，绝对聚焦效率分别达到65%和56%。
该结果与相同尺寸和数值孔径的理想透镜相比，相当于拥有76%和65%相对聚焦效
率，足以达到完整成像和多方面应用。
研究人员表示，此方法的一个关键优势在于，各层被设计为在远场（波动绕射的
一种）内间隔一段距离，使得多层设计对于每一层错位具有高度的容忍度。因此，非常
适合当前的大面积奈米制造技术，且每层都可以单独制造，能简单地封装在最终装置
中，达到扩展实际应用的目标。
他们还表示，未来将进行更多研究，并考虑多个超原子相互作用和更大的操作角
度，进一步提高超颖透镜的孔径数目和成像效率。预计该技术将被用于彩色路由器（用
于光分离）、涡旋光束（用于光学操纵）、双螺旋点扩散函数（用于超分辨率显微镜
）和其它光学仪器上。
该设计的论文第一作者、ANU的博士生约书亚‧乔丹（Joshua Jordaan）对该校的
新闻社表示，采用多层超材料设计的超颖透镜，可以同时聚焦来自非偏振光源和大直
径波长光，并克服了超颖透镜过去的局限性。
乔丹接着说，“由于它的纵横比很低，每一层都可以单独制作和封装在一起，并
且对偏振不敏感，因此它容易制造，可透过成熟的半导体奈米制造平台进行扩展，且能
实际运用到设备上。”
他解释，研究小组最初尝试用单层材料聚焦多个波长，但遇到了一些限制。“事
实证明，单层超表面本身具有物理限制。这为整个超颖透镜的数值孔径、物理直径和工
作频宽的乘积设定了上限。”
他补充表示，“为了在我们需要的波长范围内工作，单层就必须具有非常小的直
径，但这违背我们最初设计的目的。如果使用非常低的数值孔径，就几乎根本无法聚焦
光线。那时我们意识到需要一个更复杂的结构，最终选用多层方法。”
乔丹还表示，“这次设计的超颖透镜，远比传统的玻璃镜体积和重量要小，因此
非常适合用于无人机或地球观测卫星上”，将为未来的便携式成像系统带来福音。
责任编辑：林妍#
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