消色差平面透鏡研究獲重要進展

　　近日，中山大學物理學院教授王雪華和李俊韜、副教授梁浩文團隊在國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的資助下，在消色差平面透鏡的研究方面取得重要進展，提出一種全新的超構原子區分復用方法。相關成果發表于《光：科學與應用》（Light：Science & Applications）。

　　論文共同通訊作者王雪華表示，其團隊提出將相位色散調控能力有限的超構原子區分復用地制備到臺階相位色散補償層上，實現了同時具有高數值孔徑、大口徑尺寸和寬帶消色差的“高大寬”消色差平面透鏡，突破了消色差平面透鏡“高大寬”不可兼得的長期困境。

　　1609年伽利略利用望遠鏡（透鏡組）開啟了人類觀察觀測宇宙的新紀元，然而光學固有的偏折色散導致觀測目標成像呈現色差彩虹效應。為消除色差效應，1729年，霍爾發明了一件光學“神器”—消色差透鏡，開啟了消色差透鏡近300年的研發歷程。現代信息化技術要求發展小型化、集成化和輕薄化的新型消色平面差透鏡。

　　亞波長尺度人工超構原子具有一定的相位色散調控能力，利用這種特性可以令有序排列的超構原子實現消色差聚焦和成像，從而設計出消色差平面透鏡。然而，這些超構原子調控相位色散的能力有限，限制了消色差平面透鏡的性能，導致消色差平面透鏡無法同時實現高數值孔徑、大口徑尺寸及寬帶消色差。為突破“高大寬”不可兼得的長期固有困境，科學家們提出過許多解決方法，但這些方法都未能從根本上解決這一難題。

　　為此，王雪華團隊提出一種全新的超構原子區分復用方法：利用臺階相位色散補償層將平面透鏡分成傳播相位階梯變化的不同區域，從而實現超構原子相位色散有限調控的區分復用。原理上，這種復用可以不斷重復下去，從根本上解決了消色差平面透鏡固有的“高大寬”不可兼得的長期困境。

　　該研究為消色差平面透鏡在光子集成芯片，生物醫學成像、人工智能、自動駕駛、機器視覺等新興領域的廣泛應用掃清了障礙。