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然而，超透鏡領域仍面臨諸多挑戰(zhàn)，例如高數(shù)值孔徑超透鏡的聚焦效率偏低、消色差超透鏡的成像質(zhì)量有待提升、各項設計指標間存在相互制約關系等，現(xiàn)有設計方法也需進一步優(yōu)化。對此，文獻作者提出，未來超透鏡設計將逐步向人工智能與神經(jīng)網(wǎng)絡技術融合的方向發(fā)展，而針對色散問題，更優(yōu)的解決方案是實現(xiàn)對色散效應的合理利用。

本期文章將介紹一項發(fā)表于《Nature》的研究，利用超表面（Metasurface）這一革命性材料，不僅實現(xiàn)了五階光學微分，更將分辨率推至0.015倍瑞利極限，為納米級光學對準和超分辨成像提供了全新工具。引言在人工智能、自動駕駛、機器視覺等信息技術飛速發(fā)展的今天，圖像處理技術已成為核心驅(qū)動力。

超透鏡和超表面因其操縱電磁場的獨特特性而在科學上聲名鵲起，如今它們的制造已經(jīng)變得可行。但它們的設計難度遠遠超過了傳統(tǒng)鏡片，因為必須考慮到納米級構件的特性。

人工智能能夠提供更準確的掩膜圖案，從而實現(xiàn)對復雜超表面單元結(jié)構的精準投影曝光，降低特征尺寸（CD）的變化率，提高超表面器件的效率。AI 提升超表面圖像輸出質(zhì)量人工智能與深度學習技術在圖像后處理領域應用廣泛，例如在智能手機中，通過合并多張圖像來提高圖像質(zhì)量。對于超表面來說，類似的計算處理后端同樣能夠提升輸出的圖像質(zhì)量，甚至可以改善其固有的性能限制。

而透射/反射效率用于表征該量，其被定義為由超表面透射/反射的功率與入射到超表面孔徑上功率之間的比率。當超表面尺寸大于光學探測光束直徑時，使用功率計即可便捷測量效率；而對于微米尺寸的小面積超表面，由于光學探測光束通常比超表面孔徑寬，則需對器件成像并選取超表面孔徑區(qū)域的信號進行測量，也可使用 CCD 相機拍照并進行數(shù)值后處理歸一化操作。

□ 靈活地將超透鏡與其他元件一起包含在一個光學系統(tǒng)中。超全息圖□ 傳統(tǒng)的相位全息圖通過在透明基底上刻蝕不同的深度來實現(xiàn)相位輪廓，這通常只適用于近軸情況。□ 這種相位輪廓也可以通過具有空間變化的納米尺度構建模塊的超表面來實現(xiàn)。□ 使用超表面構建模塊，可以以一種直接的方式設計高數(shù)值孔徑全息圖。

在光學領域，光學超表面可通過亞波長微結(jié)構對光的偏振、相位、振幅等進行精準調(diào)控，為光學系統(tǒng)的小型化與集成化提供了新途徑。 OAS 光學軟件具備強大的超表面功能，能助力科研人員與工程師便捷高效地進行超表面相關設計與分析，其智能且方便的特性，極大地提升了超表面設計工作的效率與質(zhì)量 。

本文復現(xiàn)了超表面中偏振轉(zhuǎn)換型超表面，參考的文獻是《一種超寬帶反射型極化轉(zhuǎn)換超表面設計》-于惠存，一種超寬帶反射型極化轉(zhuǎn)換超表面設計_于惠存.pdf具體模型如下在介質(zhì)板上面鋪有H型金屬片，在介質(zhì)板下方有一整塊金屬將電磁波完全反射。左旋圓偏光入射到該超表面上，反射光為右旋圓偏光。實現(xiàn)對反射光的一種偏振轉(zhuǎn)換。

針對上述偽影問題，雖可通過深度學習等技術計算更精準的相位分布、設計更合理的超表面結(jié)構，但對于包含數(shù)萬個納米單元的大面積超表面而言，精確模擬并補償所有干擾效應需消耗極高的算力資源，成為超表面全息走向?qū)嶋H應用的主要“攔路虎”。

建立薄膜聲學超表面的幾何模型并完成網(wǎng)格的劃分： 圖2.幾何模型的構建 圖3.網(wǎng)格的劃分 圖4.薄膜聲學超表面的預應力對隔聲損失的影響 圖5.論文中的預應力對隔聲損失的影響 基于以上分析，可改變參數(shù)對其參數(shù)化掃描，即可得到薄膜型聲學超表面的結(jié)構化參數(shù)的影響。

然而，納米壓印用于超表面加工依然存在著許多問題。首先，超表面通常由折射率較高的材料構成，如TiO2，Si，金屬等等。而納米壓印的材料一般折射率較低，例如PDMS。因此，壓印完成后通常需要進行二次加工，包括沉積高折射率材料以及蝕刻垂直結(jié)構。在此過程中，額外的加工缺陷不可避免被引入，從而破化超表面的光學性能。其次，超表面結(jié)構單元常要求高深寬比，例如超表面透鏡。

（來自原文）</p><p><br></p><p>超表面核心參數(shù)與設計優(yōu)化</p><p>選用基于幾何相位的非晶硅納米塊作為超表面單元，通過調(diào)整單元轉(zhuǎn)角實現(xiàn)相位調(diào)制。

包含的文件截圖：詳細描述：如上圖所示，該器件是由 L 形金天線構成的超表面，超表面上分成 8 個區(qū)域，對應不同的 h 和 r 尺寸，從而實現(xiàn)對相位的調(diào)制。超表面的排列周期 P = 1.5 mm，t1 = 300 nm，工作頻率是 0.1 THz。x方向偏振的高斯光束從下往上入射到超表面，能夠輸出一個渦旋光。

圖3 三維廣角成像測試OAS 光學軟件的超表面設計功能非常便捷，該功能將構建更為高效、精準的超表面設計流程，進一步推動光學領域的發(fā)展。OAS 光學軟件已在超表面設計中展現(xiàn)卓越效能，為科研人員和工程師提供技術保障。

5．內(nèi)置新一代專利模型表面優(yōu)化算法，讓模型表面光滑度大幅提升。6．支持OTA升級，方便系統(tǒng)及固件升級管理及維護。7．支持NAS網(wǎng)絡存儲，讓您擁有本地化網(wǎng)盤管理功能。8．配套ChituConsole APP，支持視頻監(jiān)控，助力云打印的實現(xiàn)。9．支持超多外設，以及智能檢測和信息回溯功能。

幾何相位與傳輸相位的超透鏡（來自原文）利用該裝置，研究團隊對幾何相位超表面和傳輸相位超表面開展測試。結(jié)果顯示，超表面整體性能與理論設計相符，但邊緣因相位梯度大存在明顯偏差。此外，通過離焦像差最小化方法可測定超透鏡焦距，所得相位分布數(shù)據(jù)還可用于計算 PSF、OTF、MTF 等重要光學參數(shù)，為超表面的性能評估與優(yōu)化提供了全面的數(shù)據(jù)支持。

仿真計算將提供超聲波信號的響應和分布。6. 分析結(jié)果：通過分析仿真結(jié)果中的超聲波信號特征，例如幅值、時間延遲和波形等，可以確定表面裂紋的位置、大小和性質(zhì)。COMSOL提供了豐富的后處理工具，用于可視化和分析仿真結(jié)果。

基于超表面的卡塞格林望遠鏡研究針對傳統(tǒng)卡塞格林望遠鏡體積龐大的問題，李貴新教授團隊進行了創(chuàng)新性研究，設計出一套基于超表面的卡塞格林望遠鏡，以超表面替代傳統(tǒng)系統(tǒng)中的曲面鏡。該超表面單元基于幾何相位設計，其結(jié)構從下至上依次為玻璃基板、金層、二氧化硅層以及頂部的金納米棒。

? 靈活地將超透鏡與其他元件一起包含在一個光學系統(tǒng)中。 超全息圖? 傳統(tǒng)的相位全息圖通過在透明基底上刻蝕不同的深度來實現(xiàn)相位輪廓，這通常只適用于近軸情況。? 這種相位輪廓也可以通過具有空間變化的納米尺度構建模塊的超表面來實現(xiàn)。? 使用超表面構建模塊，可以以一種直接的方式設計高數(shù)值孔徑全息圖。

Wabtec的測厚解決方案已超越了傳統(tǒng)“卡尺”的范疇，演變?yōu)橐惶准闪宋锢碓怼?shù)字信號處理與數(shù)據(jù)分析的智能監(jiān)測系統(tǒng)，無論是通過高頻超聲講解微米級涂層，還是利用霍爾效應征服復雜曲面，這些技術共同構筑了工業(yè)質(zhì)量控制的基石。