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
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