镜头设计革命：科学家研发出无色差金属透镜

在镜头设计领域，材料科学家们取得了重大创新，成功研发了具有高数值孔径、宽带能力和偏振不敏感特性的消色差超薄透镜（金属透镜）。这项由潘诚锋领衔的新加坡和中国团队所主导的突破性进展，可能对包括光场成像、生物分析、医学和量子技术等多个领域产生深远影响。这些通过3D打印的多层金属透镜提供了更强的光学控制能力，有可能彻底改变我们通过光学设备看待世界的方式。

突破数值孔径与带宽的权衡 迄今为止，在追求消色差金属透镜的过程中，科学家们发现了数值孔径和带宽之间的权衡，这限制了此类材料的性能。然而，潘诚锋及其团队提出了一种创新方法来设计具有高数值孔径、宽带和偏振不敏感的多层消色差金属透镜。他们的方法结合了拓扑优化和全波长模拟，通过双光子光刻技术反向设计了这些金属透镜。

宽带成像性能 研究团队成功展示了这些工程化结构在白光及红、绿、蓝窄带照明下的宽带成像性能。这一成就强调了3D打印多层结构在实现宽带和多功能元器件方面的潜力。多层金属透镜与多层衍射透镜的主要区别在于最小特征尺寸。

扩展金属透镜的性能 研究结果显示，基于低折射率材料的堆叠超表面克服了单层平面光学的局限性。这种方法使团队能够扩展金属透镜的性能，使其具备宽带功能，同时不影响高数值孔径。这项研究发表在《科学进展》杂志上，标志着金属透镜发展的重要进步，为多功能宽带光学元件和设备的新设计和制造方法提供了灵感。