导语近日来自华中科技大学、北京航空航天大学、新加坡科技设计大学等机构的研究团队在《Nature Communications》上发表了一项重磅成果(https://doi.org/10.1038/s41467-026-72332-9)。他们提出了一种名为“收敛相位设计”的全新方法成功制造出性能远超现有水平的超色散超表面金属透镜并将其应用于微型化高精度测量传感器实现了毫米级深度成像与纳米级分辨率的三维形貌检测。核心内容传统方法的困境传统超表面在设计色散光学元件时需要对不同波长分别进行相位调制这要求使用极其复杂的纳米结构。受限于材料折射率和制造工艺传统方法所能实现的相位变化通常不超过40π色散范围也被限制在500微米以内严重制约了超表面在精密测量领域的应用。创新突破收敛相位法研究团队提出了一种全新的“收敛相位”设计思路使多个波长的相位近似等于中心波长的相位。这样一来宽带相位调制可以简化为等效的单波长模型仅需0-2π的相位调节范围就能实现超过1200π的相位变化——相比传统方法提升了30倍以上更令人振奋的是这种设计仅需使用结构简单的圆柱形纳米柱高宽比小于4直径大于200纳米完全兼容纳米压印光刻和紫外光刻等低成本、可规模化量产的技术。实验验证成果团队基于该方法成功制备了一系列超色散超透镜并在两个关键应用领域进行了验证1.微型化彩色共焦传感器CCS实现了13毫米的测量范围和50纳米的轴向分辨率可对雷达芯片、MEMS微镜等工业元件进行高精度轮廓测量。2.光谱层析成像实现了毫米级景深的层析成像能够在不移动机械部件的情况下获取样品不同深度的图像信息。研究意义这项研究的真正价值在于将超表面从“光学玩具”推向了“工业工具”。理论创新为超色散超表面提供了全新的设计范式突破了传统方法的相位与色散瓶颈。制造友好简化结构降低对高精度光刻的依赖为量产铺平道路。应用落地在精密测量、生物成像、芯片检测、航空航天探伤等场景中具有广阔前景。研究团队表示该方法不仅适用于可见光波段还可通过更换材料如GaN、Ge拓展至紫外、中红外等波段具有极强的通用性。图1:光谱层析成像与彩色共焦传感器图2:超色散超透镜的收敛相位法示意图图3:基于收敛相位法设计的超色散超透镜的表征图4:将超色散超透镜应用于光谱层析成像图5:集成超色散超透镜的彩色共焦传感器【注】小编水平有限若有误请联系修改若侵权请联系删除