How good is your metalens? Experimental verification of metalens performance criterion
提出了一种用于评价总体超透镜性能的度量。从理论和实验两个方面对超透镜的最佳工作光谱范围进行了研究。这个度量是相当普遍的，可以应用于未来的超透镜，特别是消色差超透镜的设计和评估。
2020-02-18 physics.optics
Imaging through nonlinear metalens using second harmonic generation
光在超颖表面处的突然相变在波操纵中提供了高灵活性，而不需要通过色散材料积累传播相位。在线性光学领域，超表面的一个重要应用领域是通过平面超透镜成像，与传统的光学微透镜系统相比，这使得器件小型化和像差校正成为可能。随着将非线性响应纳入被动超颖表面，超透镜的光学功能有望进一步丰富，从而带来全新的应用领域。在这里，我们展示了成像与非线性超透镜，结合了一个平面透镜的功能，同时频率转换。利用这种非线性超透镜，我们在实验上演示了近红外线对物体的成像，而图像出现在可见光频率范围的二次谐波信号中。此外，这些非线性超透镜的功能可以通过切换圆偏振基波的旋向性来修改，从而导致真实或虚拟的非线性图像形成。非线性超透镜不仅能够通过可见光探测器实现红外线成像，而且能够通过超表面器件调制非线性光学响应，而基波不受影响，这为新型光电子器件提供了非线性信息处理的能力。
2020-04-14 physics.optics
Focusing on Bandwidth: Achromatic Metalens Limits
超透镜在其作为用于聚焦和成像的超紧凑光学系统的能力方面显示出巨大的前景。值得注意的是，最近已经证明了几种设计，它们可以在很大的频率范围内工作，并具有最小的色差，这可能为双消色差光学铺平道路。在这里，我们得出适用于宽带光学超透镜的基本带宽限制，无论其实现。具体来说，我们讨论如何实现的时间延迟和带宽之间的产品是有限的，在任何时不变的系统，我们应用此产品的一个通用的聚焦系统的既定界限。然后，我们表明，迄今为止设计的所有超透镜遵守适当的带宽限制。导出的物理边界提供了一个有用的度量来比较和评估不同设备的性能，并提供了如何设计更好的宽带超透镜的基本见解。
2020-01-29 physics.optics
Neural network enabled wide field-of-view imaging with hyperbolic metalenses
针对双曲超透镜轴外像差限制视场的问题，提出用eigenPSF生成的模拟数据训练Restormer神经网络校正像差，实现了54°宽视场的高质量成像，无需实验数据采集。
2025-08-03 physics.optics
Resonant Metalenses for Breaking the Diffraction Barrier
我们介绍了谐振超透镜，一组耦合的亚波长谐振器。色散允许将亚波长波场转换为时间特征，而珀塞尔效应允许在远场中有效辐射该信息。利用微波对谐振线阵列的研究提供了对潜在机制的物理理解。我们实验证明成像和聚焦从远场的分辨率远低于衍射极限。这个概念在任何频率下都是可实现的，其中可以设计亚波长谐振器。
2010-06-04 physics.optics
High-NA Achromatic Metalenses by Inverse Design
我们使用逆向设计，发现超透镜结构，表现出宽带，消色差聚焦在低，中，高数值孔径。我们表明，标准的单位细胞的方法不能实现高效率的高NA聚焦，即使在一个单一的频率，由于单位细胞的基础上的不完整性，我们提供了计算上限的最大效率。在低NA下，我们的器件表现出迄今为止最高的理论效率。在高NA -0.9的折射率不变的薄膜和0.99的“自由”结构-我们的设计是第一个表现出消色差的高NA聚焦。
2019-05-22 physics.optics
Varifocal zoom imaging with large area focal length adjustable metalenses
变焦镜头是动态光学系统的重要组成部分，应用于摄影、混合现实和显微镜。超表面光学器件具有用于创建可调谐平面光学器件的强大潜力。然而，现有的可调谐超透镜通常需要微机电致动器，其不能缩放到大面积器件，或者依赖于高电压来拉伸柔性衬底并实现足够的调谐范围。在这里，我们建立了一个1厘米孔径变焦超透镜系统在1550 nm波长的启发阿尔瓦雷斯透镜，使用高通量步进光刻制造。我们展示了通过最小限度地横向驱动两个立方相位超颖表面来实现焦距的非线性变化，聚焦效率高达57%，宽焦距变化超过6 cm（> 200%）。我们还在可见光波长下测试了镜头设计，并在成像路径中没有任何其他光学元件的情况下进行了具有4倍变焦能力的变焦成像。
2018-05-20 physics.optics
High-efficiency, 80-mm aperture metalens telescope
Metalenses是一种人工设计的亚波长纳米结构，可以将光聚焦在100 μ m的厚度内，有望实现传统光学器件的范式转变。然而，超透镜的孔径尺寸通常被常用的基于扫描的制造方法限制在数百微米内，限制了它们在望远镜等实际光学设备上的使用。在这里，我们第一次展示了一个高效率，单透镜，折射超透镜望远镜。我们开发了一种大规模生产友好的工作流程，用于使用深紫外（DUV）光刻和多次曝光工艺制造晶圆级（80 mm孔径）超透镜，该工艺涉及掩模版旋转和图案拼接，以利用超透镜的径向对称性。我们的超透镜工作在近红外区域（1200 - 1600 nm），具有衍射极限性能，实验上在1450 nm处的峰值聚焦效率高达80.84%。基于超透镜，我们建造了一个单镜头望远镜，并获得了月球表面的图像，揭示了其地理结构。我们相信我们对超透镜望远镜的展示证明了超表面令人兴奋的潜力，并可能为涉及大型光学系统的领域带来新的可能性，包括地球科学，行星观测和天体物理科学。
2022-05-25 physics.optics
Diffraction-limited operation of micro-metalenses: fundamental bounds and designed rules for pixel integration
CNRS（法国国家科学研究中心）；CRHEA（高分辨率电子显微学与应用研究中心）；III-V Lab（III-V实验室）；Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院）
本文研究了微金属透镜在衍射极限下的操作，揭示了小像素尺寸下衍射限制对性能的影响，并提出了优化微型光学超材料性能的设计规则。
2025-10-05 physics.optics
The role of refractive index in metalens performance
亚波长衍射光学器件，通常称为超表面，最近因其能够创建具有极短焦距的超薄平面透镜而受到极大关注。具有不同折射率的几种材料已被用于创建超表面透镜（超透镜）。在本文中，我们分析了这些超透镜的性能的材料折射率的作用。我们采用正向和逆向设计方法来进行分析。我们发现，虽然高折射率材料允许极大地减小焦距，但是对于中等焦距和数值孔径（<0.6），对于由折射率范围在n= 1.25至n=3.5之间的不同材料制成的超透镜，焦斑尺寸和聚焦效率没有明显差异。
2018-10-05 physics.optics
Design and Analysis of Extended Depth of Focus Metalenses for Achromatic Computational Imaging
超表面光学器件已经展示出用于以超紧凑和轻质形状因子实现传统光学部件的巨大潜力。然而，超表面透镜，也称为超透镜，遭受严重的色差，对其实际应用造成严重限制。用于通过色散工程来规避这种像差的现有方法限于小孔径，并且通常需要具有小特征尺寸的每个单位单元的多个散射体。在这里，我们提出了一种替代技术，以减轻色差和展示高品质，全彩色成像使用扩展焦深（EDOF）超透镜和计算重建。以前的EDOF超透镜依赖于立方相位掩模，其在图像中引起非对称伪影，而在这里，我们演示了对称相位掩模的使用，其可以改善随后的图像质量，包括双折射非球面掩模和移位轴棱锥掩模。我们的工作将激发色散工程之外的消色差超透镜的进一步发展，并为混合光学-数字超表面系统开辟新的研究途径。
2020-03-21 eess.IV physics.optics
Hyper Resolute Ultra thin Low Cost All-Dielectric Broadband Achromatic Metalenses
Metalenses为实现高性能、低重量、扁平和可折叠的光学元件提供了突破性的机会，这些光学元件大大减小了成像系统的尺寸和复杂性。今天，超透镜设计的主要挑战仍然是实现理想地在单个焦距处聚焦宽波长光谱的消色差光学元件。在这里，我们提出了一种快速有效的方法来设计和制造极薄的全介质超透镜，最佳地解决消色差问题的机器学习代码。制造的使能技术是最近开发的超分辨双光子激光直写光刻设备。所制造的超透镜，基于完全平坦的设计，显示出有趣的光学特性。总的来说，消色差性能，1.14 mm的焦距，数百微米的焦深和只有几个纳米的厚度允许考虑在一个全新的角度设计新颖和有效的成像系统。
2020-08-07 physics.app-ph physics.optics
Large Area Metalenses: Design, Characterization, and Mass Manufacturing
光学部件，例如透镜，传统上是通过成形玻璃或其他透明材料制成块状的。超颖表面的最新进展提供了一种新的基础，用于将光学部件重铸为薄的平面元件，使用亚波长间隔的光学移相器的阵列具有类似或更好的性能。大规模生产它们所需的技术可以追溯到20世纪90年代中期，当时半导体制造的特征尺寸变得比光波长更密集，与摩尔定律同步发展。这为统一两个行业提供了可能性：半导体制造和透镜制造，其中用于制造计算机芯片的相同技术用于制造基于超颖表面的光学组件，例如透镜。使用一个可扩展的元表面布局压缩算法，以指数方式减少设计文件的大小（由3个数量级的厘米直径的镜头）和步进光刻，我们展示了设计和制造的元表面透镜（超透镜）具有极大的面积，直径高达厘米及以上。使用以这种方式制造的直径小于1微米的单个2厘米近红外超透镜，我们在实验上实现了理想的薄透镜方程，同时展示了高质量的成像和衍射限制聚焦。
2017-11-20 physics.optics
Ultrathin van der Waals metalenses
超薄和平面光学透镜对于现代光学成像、光谱学和能量收集是必不可少的。包括纳米级准周期谐振器阵列的介电超表面对于这样的应用是有希望的，因为它们可以以亚波长分辨率定制光的相位、振幅和偏振，从而实现多功能光学元件。然而，为了实现2π相位覆盖，大多数电介质超透镜需要与波长相当的厚度，需要制造高纵横比散射元件。在这里，我们报告了由范德华（vdW）材料制成的介电超透镜，利用其高折射率和不完全相位设计方法，实现了器件厚度低至~λ/10，在红外和可见波长下工作。近年来，由于其有利的光电性能，这些材料引起了人们的强烈兴趣。使用vdW超透镜，我们证明了近衍射极限的聚焦和成像，并利用其分层的性质，将制造的超透镜转移到柔性衬底上，以显示应变诱导的可调聚焦。我们的工作使进一步缩小光学元件和机会的超表面光学集成在超微型光电系统。
2018-07-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
A Hybrid Achromatic Metalens
超材料和超表面被广泛用于操纵宽波长范围内的电磁波。最近的几项努力集中在超透镜上，超透镜是使用亚波长结构聚焦光的超薄光学元件。与其折射对应物相比，超透镜提供减小的尺寸和重量、改进的可制造性以及诸如偏振控制的新功能。然而，校正色差的超透镜也遭受显著降低的聚焦效率。在这里，我们介绍了一种混合消色差金属透镜（HAML），它克服了这种权衡，并提供了从1000 - 1800 nm的宽波长范围内提高聚焦效率。所制造的HAML在数值孔径（NA）为0.27、0.11和0.06时表现出衍射极限性能，具有平均聚焦效率$> 60\%$和最大效率~ $ 80\%$。HAML可以通过结合递归射线跟踪和模拟相位库而不是计算密集型全局搜索算法来设计。此外，HAML可以使用用于定制的多光子光刻或使用用于大规模生产的模制在低折射率材料中制造。
2019-09-17 physics.optics
Demonstration of a-Si metalenses on a 12-inch glass wafer by CMOS-compatible technology
由人造亚波长纳米结构构建的后透镜已经显示出以微小透镜尺寸实现光聚焦的能力。迄今为止，大多数报道的超透镜使用电子束光刻（EBL）进行图案化，这需要长的处理时间并且不适合于大规模生产。在这里，我们展示了一个非晶硅（a-Si）超透镜的12英寸的玻璃晶片上，通过193 nm的ArF深紫外浸没光刻，与临界尺寸（CD）小至100 nm。层转移技术是为解决互补金属氧化物半导体（CMOS）生产线中玻璃片的搬运问题而发展起来的。测量数值孔径NA为0.494，光斑尺寸为1.26 μm，与模拟结果吻合较好。在940 nm的设计波长下，聚焦效率为29.2%。此外，超透镜在成像系统中的应用，进一步验证了其聚焦功能。
2019-06-11 physics.app-ph physics.optics
Silicon nitride metalenses for unpolarized high-NA visible imaging
超颖表面作为一种纳米级平面结构，通过特殊设计的纳米柱图案，在控制光的强度、相位和/或偏振方面显示出了优异的优势。它允许将庞大的光学透镜缩小到具有波长级厚度的芯片大小的超透镜，在可见光成像系统（例如超广角镜头和长焦镜头）中发挥前所未有的作用。然而，CMOS兼容的超透镜由于对材料特性（例如透射率和兼容性）的限制而尚未在可见光区域实现。在这里，我们实验证明了发散超透镜的基础上，氮化硅平台具有大数值孔径（NA~0.98）和高透射率（~0.8）的非偏振可见光，由695 nm厚的六方氮化硅阵列与相邻纳米柱之间的最小间距为42 nm。在可见光区域内实现了接近衍射极限的虚拟焦斑。这种超透镜能够将物体缩小到与单模光纤芯一样小的微尺度尺寸视场中。此外，还实现了具有1厘米直径的宏观超透镜，包括超过5亿个纳米柱，显示了宽视角功能的潜在应用。由于氮化硅的高透射率和CMOS兼容性，我们的发现可能为光纤，显微内窥镜，智能手机，航空相机，光束整形和其他集成片上器件领域的光学透镜小型化打开一扇新的大门。
2017-09-02 physics.optics
Information-optimized color metalenses for camera imaging
Chungnam National University（忠南国立大学）
本文针对彩色超透镜设计不考虑相机的问题，直接优化超原子宽度图以提升相机的互信息，在三种材料平台上实现了信息率、分辨率及色彩的提升，证明光学传递重新分配可改善相机性能。
2026-08-26 physics.optics
Wide Field-of-View, Large-Area Long-wave Infrared Silicon Metalenses
针对传统长波红外宽视场光学系统笨重、复杂且成本高的问题，本文基于体硅晶圆设计并制备直径超过4 cm、视场140°的超透镜，并结合焦平面阵列实现广角热成像。
2023-07-24 physics.app-ph physics.optics
Nature Inspired Design Methodology for a Wide Field of View Achromatic Metalens
受人类视觉系统启发，提出一种同时具备宽视场和消色差特性的超构透镜综合设计方法，通过优化光阑位置和校正横向色差，有效提升了近红外波段的宽带成像性能。
2025-02-03 physics.optics
Metalenses with polarization-independent adaptive nano-antennas
近年来，Metalens研究取得了重大进展。这些进展依赖于将元原子排列成规则阵列的简单设计原理，以创建任意相位和偏振分布。不幸的是，等间距的超原子的概念达到了其极限的偏转效率降低的高偏转角。使用具有多个元件的纳米天线可以提高效率，但是它们的偏振敏感性阻碍了它们在超透镜中的应用。在这里，我们表明，通过设计偏振不敏感的二聚体纳米天线，并放弃等间距的单位单元的原则，偏振无关的numerical数值孔径（NA=1.48）油浸操作的效率为43%，可以证明。这代表了在可见光波长下对其他偏振无关设计的显著改进。我们还使用这种单层超透镜来代替传统的物镜，并演示了在532 nm的工作波长下，周期为300 nm的光栅的共焦扫描显微成像。总的来说，我们的结果实验证明了一种新的设计概念，进一步提高超透镜的性能。
2022-03-24 physics.app-ph physics.optics
Monolithic Silicon Carbide Metalenses
碳化硅已成为量子光子学和非线性光学的一个有前途的材料平台。这些特性使得在高质量碳化硅中开发集成光子元件成为推进可扩展片上网络的关键方面。在这项工作中，我们数值设计，制造和演示的单片metalenses从SiC的性能适合片上光学操作。我们设计了两种不同的透镜，具有抛物线和立方相位分布，在近红外光谱范围内工作，这对量子和光子应用很有意义。我们通过光学透射测量支持透镜制造并表征透镜的焦点。我们的研究结果将加速SiC纳米光子器件的发展，并有助于量子发射器与元光学元件的芯片集成。
2022-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Single-layer silicon metalens for broadband achromatic focusing and wide field of view
本文提出基于二次相位与色散工程、仅用传播相位的单层硅超透镜，在近红外实现86°宽视场、低色差和更高聚焦效率。
2025-07-22 physics.optics
Polarization-based Metalenses with High Numerical Aperture and Focusing Efficiency Utilizing Silicon-rich Nitride
本文研究利用富硅氮化物（SRN）设计高数值孔径超透镜，通过优化pitch尺寸提升聚焦效率，设计出NA为0.9、效率75%和NA为0.99、效率42%的两款超透镜，展示了SRN在高效平面光子器件中的应用潜力。
2024-03-29 physics.app-ph physics.optics
Scalable freeform optimization of wide-aperture 3D metalenses by zoned discrete axisymmetry
本研究提出基于分区离散轴对称性的3D超透镜优化框架，结合GPU加速FDTD求解器实现计算成本近似线性缩放，设计的大口径复消色差超透镜性能优于现有技术，可推动大规模超构光学发展。
2025-05-22 physics.comp-ph physics.optics
Near-IR wide field-of-view Huygens metalens for outdoor imaging applications
实现紧凑且廉价的光学系统的持续努力是光学超透镜领域最近蓬勃发展的研究的主要驱动力。超透镜是一种超表面，用于聚焦和成像应用，并且基于光学表面的纳米图案化来实现。超透镜研究面临的挑战是使用适合大规模生产的简单制造方法达到高水平的性能。在本文中，我们提出了一种基于惠更斯纳米天线的超透镜，专为户外摄影/监视应用在近红外。我们表明，良好的成像质量，可以在视场（FOV）大到+/-15度。这是首次成功实现户外成像应用的超透镜，预计将为未来的超透镜成像应用提供见解和灵感。
2019-01-22 physics.app-ph physics.optics
Advantages of Broadband Metalenses for Generalizable Image Classification
University of Washington（华盛顿大学）；Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST)（蔚山科学技术院）
本文探讨了单层金属透镜作为光学神经网络中的元光学编码器，在通用图像分类中的有效性，展示了其在不同传感器像素尺寸和数字后端下的优越性能。
2026-04-24 physics.optics
Aperiodic metalenses with identical nanocylinders: positional phase control and passive chromatic aberration suppression
Universidad Autonoma de Zacatecas（萨卡特卡斯自治大学）
通过仅调节纳米柱间距而非几何尺寸，实现相位解耦，提出非周期超透镜架构，在可见光波段实现近消色差聚焦，纵向色差降低42%-66%。
2026-10-26 physics.optics
Large-area multiwavelength and polarization-insensitive metalenses via multilayer Huygens metasurfaces
针对近红外多波长、厘米级超透镜的群延迟难题，本文提出多层 Huygens 超表面与逆向形状优化设计，实现偏振不敏感、高效率、近衍射极限聚焦且可大面积制造组装。
2024-10-26 physics.app-ph physics.optics
Deep-learning-driven end-to-end metalens imaging
针对宽带超透镜在色差、角像差和效率上的限制，提出基于深度学习的图像恢复框架，实现10毫米量产超透镜的端到端无像差全彩成像。
2024-05-10 eess.IV physics.optics
Compact optical polarization-insensitive zoom metalens-doublet
与普通折射透镜相比，基于超表面的透镜（超透镜）提供了特定的概念优势。例如，可以通过改变两个超透镜之间的相对角度同时固定它们的距离来调整超透镜双合透镜的焦距，从而产生非常紧凑的变焦镜头。提出了一种改进的基于硅纳米柱的偏振不敏感设计。该设计在1550 nm波长下实现并通过实验表征。通过以10度的步长改变超透镜之间的相对角度，证明了从-54 mm到-+3 mm到+54 mm的双合透镜焦距的调谐。这导致成像系统的变焦因子在1和18之间变化。对于正焦距，双合透镜的聚焦效率最小为34%，最大为83%。实验和理论符合得很好。
2020-01-30 physics.app-ph physics.optics
Correction of aberrations via polarization in single layer metalenses
光学系统中多重像差的校正需要不同的光学元件，这增加了其成本和复杂性。超颖表面在为小型化和低成本光学系统提供新功能方面具有很大的潜力。相对于它们的大块对应物的一个关键优势是超颖表面响应光的偏振的能力，这为光学设计增加了一个新的自由度。在这里，我们表明，偏振控制使一个形式的双折射超透镜，以纠正球面和离轴像差仅使用一个单一的元素，这是不可能与散装光学。超透镜将两个相位轮廓编码到同一表面上，从而允许从高分辨率切换到宽视场操作。这种在单层中获得高分辨率和宽视场的能力是朝向小型化光学系统集成的重要一步，其可以找到许多应用，例如，显微镜和内窥镜检查。
2022-05-19 physics.app-ph physics.optics
High-fidelity achromatic metalens imaging via deep neural network
提出一种基于深度学习的单超构透镜成像系统，通过计算重建红绿蓝通道消除色差并提升分辨率，无需复杂工程即可实现高保真消色差成像。
2023-08-01 physics.optics
Dual-layer large-numerical-aperture metalenses with rotational zoom capability
School of Physics, Sun Yat-sen University（中山大学物理学院）
提出一种基于完整无像差相位函数的双层旋转超透镜设计，通过互补相位分布与旋转实现3:1连续变焦，最大数值孔径0.83，实验验证焦距调谐与近衍射极限聚焦。
2026-09-22 physics.optics
Thermally-Switchable Metalenses Based on Quasi-Bound States in the Continuum
本研究实验展示了基于连续谱中准束缚态的热可切换超透镜，通过热光效应调控共振波长，实现聚焦能力的开关及可重构聚焦图案，为多功能超光学器件提供了新途径。
2023-06-23 physics.app-ph physics.optics
All-Optical tunability of metalenses infiltrated with liquid crystals
超颖表面已经被广泛地工程化以产生广泛的光学现象，允许对光的传播进行前所未有的控制。然而，它们通常被设计为单一用途的设备，没有可修改的制造后光学响应，这可能是对现实世界应用的限制。在这项工作中，我们报告了一个纳米结构的平面熔融石英超透镜渗透的液晶（NLC）和金纳米粒子的解决方案。嵌入式NLC的物理特性可以通过施加外部刺激来操纵，从而实现可重构的光学超颖表面。我们报告的超透镜的光学响应的全光学，动态控制所产生的热等离子体诱导的变化的NLC解决方案与向列型各向同性相变。超透镜焦距的连续和可逆调谐实验证明，沿光轴的变化为80 μ m（5 cm标称焦距的0.16%）。这是在不直接机械或电气操纵装置的情况下实现的。的可重构特性进行了比较，证实数值模拟的焦距偏移，并表现出密切的对应关系。
2023-01-24 cond-mat.soft physics.optics
Visible metalenses with high focusing efficiency fabricated using nanoimprint lithography
本文提出掩模模板纳米压印工艺制造可见光金属透镜，实现与电子束光刻相当的聚焦效率，为低成本大规模生产提供可行方案。
2023-12-21 physics.app-ph physics.optics
Inverse design method for metalens with optical vortices towards light focusing through localized phase retardation
超透镜可以通过对入射光束的局部相位操纵来实现衍射限制聚焦。因为这些结构是波长小于一个波长的，所以这具有实现厚度主要受透明基板的机械强度限制的可调谐光学元件的潜力。最近提出的超透镜是基于电介质纳米鳍阵列或大量的纳米颗粒，这导致了严峻的制造挑战。为了克服这些挑战，本文预测了一种新型的超透镜与同心纳米环拓扑结构，其中的纳米环的数量和大小是使用逆向设计方法确定的。通过将电场能量聚焦在指定位置处，利用期望的数值孔径和衍射极限焦斑来反向预测凸状超透镜。发现的坡印廷矢量分布证明了透镜作用的机制，其中在纳米环中产生光学涡旋以实现衬底和自由空间之间的相位和阻抗的匹配，并且进一步形成球形波前并增强光能的传输。逆设计方法也可以推广到具有聚焦光束的类轴锥超透镜。改进的可制造性从同心纳米环配置的几何形状推断。
2017-11-28 physics.optics
Generalized Hartmann-Shack array of dielectric metalens sub-arrays for polarimetric beam profiling
为了定义和表征光学系统，获得关于光束的振幅、相位和偏振分布的信息是至关重要的。使用体光学的偏振测定法被很好地建立以表征偏振状态。最近，超表面和超透镜已被成功地引入作为紧凑的光学部件。在这里，我们通过实现超透镜2*3子阵列的阵列，将超表面概念带到系统级，从而允许确定光束的偏振分布。我们使用的硅基超透镜的数值孔径为0.32和平均测量的衍射效率在1550 nm波长的透射模式为28%。再加上一个标准的相机记录的阵列焦点，我们的系统是非常紧凑，并允许通过检查焦点振幅实时光束诊断。通过进一步分析焦点位移的Hartmann-Shack波前传感器的精神，我们可以同时检测相位梯度轮廓。作为应用实例，我们诊断了径向偏振光束、方位偏振光束和涡旋光束的偏振轮廓。
2018-07-18 physics.optics
3D Printed Multilayer Structures for High Numerical Aperture Achromatic Metalenses
针对平面消色差超透镜数值孔径与带宽的权衡问题，结合拓扑优化与全波仿真逆向设计多层结构，用双光子聚合3D打印制备出可见光波段高NA、偏振不敏感的消色差超透镜，验证了其宽带成像能力。
2023-08-27 physics.app-ph physics.optics
Monolithic Expandable-FOV Metalens Enabled by Radially Gradient-Tilted Meta-Atoms
本文提出将超原子倾斜角作为新自由度，利用径向梯度倾斜超原子设计宽视场超透镜，在120度视场内实现衍射极限聚焦，并可通过调节倾斜配置和直径进一步扩展视场。
2025-09-22 physics.optics
Achromatic diffractive lens limits
近年来，已经有许多关于消色差超透镜和衍射透镜的报道。然而，这种消色差平面透镜的实际应用很少（如果有的话）被证明，这引起了关于这些透镜为涉及宽带照明的真实世界情况提供解决方案的潜力的问题。最近的一篇论文对消色差超透镜的性能进行了限制。然而，这个极限对于衍射透镜也是有效的吗？未必如此。本文推导了消色差衍射透镜的性能极限。特别是，我们表明，消色差衍射透镜可以覆盖很宽的光谱范围内，仅限于由制造限制相关的功能深度和尺寸所造成的效率损失。另一方面，我们发现消色差衍射透镜只能在很低的菲涅耳数下提供近衍射极限的性能，即它们不能同时提供大的聚焦能力和宽带响应。然后，我们继续比较消色差超透镜和衍射透镜的限制，试图了解不同类型的平面透镜的潜力。我们的研究结果可能为更好地评估平面透镜的性能，了解它们的能力和局限性，以及探索新的设计概念和应用奠定了基础。
2020-09-13 physics.optics
Achromatic Metalens in the Visible and Metalens with Reverse Chromatic Dispersion
在这封信中，我们实验报告了一个消色差超透镜（AML）在可见光连续带宽的工作。这是通过介电移相器的色散工程实现的：二氧化钛纳米柱平铺在金属镜上方的介电间隔层上。AML在反射模式下工作，焦距与波长无关，波长为490 nm至550 nm。我们还设计了一种具有反向色散的超透镜，与传统的衍射透镜相反，其焦距随着波长的增加而增加。随意设计超透镜的色散的能力使以前不可能的各种应用成为可能。特别是，对于AML设计，我们设想的应用，如LED照明下的成像，荧光，和光致发光光谱。
2017-01-24 physics.optics
Inverse-designed non-volatile phase change varifocal metalens at the edge of the visible spectrum
Tata Institute of Fundamental Research Hyderabad（塔塔基础科学研究所海得拉巴）；Birla Institute of Technology and Science Pilani, KK Birla Goa Campus（比拉理工学院皮拉尼KK比拉果阿校区）
本文通过结合有限元计算与遗传算法逆设计，在可见光谱边缘实现了基于Sb2S3的动态可调超透镜，在非晶和晶态下分别达到33%焦距调谐、0.80和0.77斯特列尔比及约40%聚焦效率。
2026-06-16 physics.optics
Centimeter-Scale Achromatic Hybrid Metalens Design: A New Paradigm Based on Differentiable Ray Tracing in the Visible Spectrum
本文提出基于可微光线追踪的混合超透镜设计新范式，通过联合优化超透镜相位与折射透镜参数，在440-700 nm可见光谱范围内实现1 cm孔径、f/1.4的消色差性能，并可无缝集成到可微计算成像系统中。
2024-04-04 physics.app-ph physics.optics
A centimeter-scale achromatic hybrid metalens with polarization-insensitivity in the visible
针对超构透镜在直径、数值孔径和工作波段间的折中限制，提出一种工作在440-700 nm波段的厘米尺度超构表面-折射混合消色差透镜，实现了81%的色差抑制与偏振不敏感，并验证了其宽带成像能力。
2022-10-31 physics.optics
Spin-dependent metalens with intensity-adjustable dual-focused vortex beams
具有轨道角动量的涡旋光束由于其在光镊、量子信息处理等领域的广泛应用而受到广泛关注。Metalens是一种超紧凑的多功能设备，为设计涡旋光束提供了理想的平台。自旋相关的超透镜可以提高自由度，以进一步满足实际应用。结合几何相位和传输相位，我们提出并证明了一种设计自旋相关超透镜的方法，该超透镜产生纵向或横向双聚焦涡旋光束，即，具有预先设计的自旋相关相位分布的超透镜。在椭圆偏振入射光的照射下，可以观察到两束自旋相关的聚焦涡旋光束，并且通过调节入射光的椭圆度可以很容易地调节它们的相对聚焦强度。此外，我们还证明了这些双聚焦光束之间的分离距离和它们的拓扑电荷可以同时任意定制，这可能对光子学中的光捕获和操纵产生深远的影响。
2021-09-08 physics.optics
Simultaneous achromatic and varifocal imaging with quartic metasurfaces in the visible
成像系统的两个关键指标是其放大率和光学带宽。虽然高质量的成像系统今天通过光学变焦实现了跨越整个可见光谱的带宽和放大率的大变化，但这些通常需要具有不适合尺寸受限应用的笨重元件的透镜组件。Metalenses提出了一种小型化的方法，但它们的强色差和缺乏变焦消色差元件限制了它们的实用性。虽然示例性宽带消色差超透镜可经由色散工程实现，但在实践中，这些设计限于小的物理孔径，因为大面积透镜将需要具有对于制造不可行的纵横比的相位补偿散射体。然而，许多应用需要更大的面积来收集更多的光子以获得更好的信噪比，并且还必须使用非偏振光。在本文中，我们同时实现消色差操作在可见光波长和变焦控制使用偏振不敏感，混合光学数字系统与区域不受色散工程散射体。我们推导出相位方程的共轭超颖表面，产生一个集中的加速光束的彩色焦移控制和广泛的可调焦距范围为4.8毫米（667屈光度的变化）。利用这种共轭对，我们实现了一个近光谱不变的点扩散函数在可见光区。然后，我们将元表面与捕获后去卷积算法相结合，在非相干白光下成像全色图案，展示了消色差的5倍变焦范围。同时消色差和变焦超透镜可以在各种领域中应用，包括增强现实，植入式显微镜和机器视觉传感器。
2020-01-27 physics.optics
Continuous Varifocal Metalens Based on Phase-Change Material
本文提出一种基于相变材料Sb$_{2}$S$_{3}$的连续可调超构透镜，通过改变纳米柱结晶状态实现1550 nm线偏振光下36至48 μm的连续焦距调节，并保持75%以上聚焦效率，提升了器件集成度与适用性。
2024-12-10 physics.app-ph physics.optics
Achromatic varifocal metalens for the visible spectrum
超表面光学器件提供了传统折射透镜的超薄替代品。目前的挑战是实现在可见光谱范围内表现出可调光学特性和消色差行为的超颖表面。在这里，我们报告的设计，制造和表征的metasurface透镜（“metalenses”），使用不对称的二氧化钛纳米结构诱导偏振相关的光学响应。通过旋转线性偏振输入光的偏振，40微米直径的超透镜的焦距从220微米调谐到550微米，具有接近衍射极限的性能。我们表明，赋予入射光的波长依赖性偏振旋转，使消色差的可见光谱，483-620 nm的宽带聚焦。我们使用这个属性，以证明变焦彩色成像与白光卤素光源。可调谐消色差超透镜可用于成像和显示中的应用。
2019-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Hybrid Si-GST Polarization-Insensitive Dynamically Tunable Bifocal Metalens Operating at 1.55-$μ$m Wavelength
Bangladesh University of Engineering and Technology（孟加拉国工程与技术大学）；BRAC University（BRAC大学）；United International University（联合国际大学）
本研究提出了一种基于硅-GST纳米结构的全介质极化不敏感金属表面，实现1.55μm波长下的动态双焦点金属透镜，通过激光激发实现快速可逆相变。
2026-07-29 physics.optics
Thermally-reconfigurable metalens
本文提出一种300 nm厚、工作于632 nm的硅基热光可重构超构透镜，通过热光效应实现焦距连续线性调制达21%，转换效率26%，并展望结合机器学习进一步优化性能。
2021-07-22 physics.app-ph physics.optics
Correlating Quasi-Optical Coupling Efficiency with Measured Receiver Noise Temperature in Metalens Coupled THz HEB Mixer
State Key Laboratory of Materials for Integrated Circuits（集成电路材料国家重点实验室）
通过球坐标矢量积分分析平面硅金属透镜与对数螺旋天线的准光耦合，将耦合效率与实测接收机噪声温度关联，建立金属透镜聚焦效率、天线耦合与噪声温度间的定量关系。
2026-07-09 physics.ins-det physics.optics
Miniaturized Metalens Based Optical Tweezers on Liquid Crystal Droplets for Lab-on-a-Chip Optical Motors
覆盖有多层纳米天线结构的表面，即所谓的超表面，最近已被证明能够完全控制光的相位。超透镜已经从超表面的发展中出现，为将传统透镜重新铸造成能够聚焦光的薄的平面光学部件提供了新的基础。利用电子束光刻技术在玻璃衬底上制作了由等离子体金纳米棒阵列构成的透镜。使用1064 nm激光通过焦距为800 $μ$ m的超透镜（基于Pancharatnam-Berry相位原理制造的$N.A. = 0.6$）产生高强度圆偏振光焦斑。我们证明，通过这种超透镜，在激光束中捕获的双折射双折射液晶液滴的光学旋转是可能的。双折射液滴的旋转确信，光学陷阱具有足够强的角动量的光从每个纳米结构的辐射，就像一个本地半波片，并引入一个依赖于方向的相位光。在这里，我们成功地创建了一个小型化和强大的超透镜为基础的光学镊子系统，能够旋转液晶液滴，以模仿未来的实验室芯片应用的光学马达。
2020-04-08 physics.optics
