1.媒體來源:大紀元新聞網
2.記者署名:吳瑞昌
3.完整新聞標題:光學新突破 新鏡頭有望比頭髮絲還小
4.完整新聞內文:
2025-10-23 07:20 中港台時間|10-23 07:30 更新
圖:https://reurl.cc/EQONGv
拿著橙色拍立得相機的女性遊客在海邊拍照。(Shutterstock)
【大紀元2025年10月22日訊】（大紀元記者吳瑞昌編譯報導）隨著現代人對於攝
像工具的需求不斷增加，並越來越追求小型化，近期，澳洲與德國科學家們開發了一種
全新的多層超穎透鏡（超透鏡）設計，預計徹底改變整個手機、無人機和衛星等設備
的光學系統，使其變得更加小型和便捷。
近期，德國耶拿大學（Friedrich Schiller University Jena）與澳洲大學（ANU
）變革性元光學系統卓越中心（TMOS）組成的研究團隊，突破障礙成功開發出一種新
型多層惠更斯（Huygens）「超穎透鏡」。目前這項設計研究結果發表在《光學快報》
上。
由於「超穎透鏡」（Meta Lens）屬於一種新型平面鏡片，表面大量排列比頭髮絲
還微小的柱狀結構。該結構又被稱為「超原子」，能夠精準地控制光線的方向和速度
，達到聚焦成像的效果。因此它被視為下一代的光學解決方案，代替傳統體積大、重
量重的鏡片折射聚焦成像。
儘管超穎透鏡潛力巨大，但存在一些問題需要克服。包括無法像人類肉眼或傳統
相機一樣處理不同顏色的光，只能處理單一顏色光（波長），也對光的偏振敏感，容易
產生雜光影響成像。此外，超穎透鏡上的超原子製造較為困難，只要層與層之間稍有
偏差就會影響成像品質。
這次，他們透過「逆向設計演算法」成功優化每一層超穎透鏡上的超原子形狀，
讓每層超穎透鏡達到各司其職，以提升超穎透鏡參數的自由度。這包括為同顏色的光線
設計專屬通道，讓其它不需要的光可以直接通過，以減少光線的干擾。
這種巧妙的設計，使整個超穎透鏡能夠同時處理多種不同波長的光，且之間不會
互相干擾，實現了多波長聚焦。整體就像一個管弦樂隊裡面有不同的樂器，它們能夠演
奏自己的旋律，卻不影響整體演奏，顯示出諧和的模樣。
該團隊在優化過程中，發現超原子形狀涵蓋了圓角的正方形、四葉草，甚至還有
螺旋槳狀。這些微小的結構高約300奈米（nm）、寬1000nm，能實現全方位的完整光相
位變化，讓研究人員能夠精準地控制光線，實現各種複雜的聚焦模式。
研究團隊設計出一個在2000nm和2340nm波長（紅外線）下運行的超穎透鏡，直徑1
25微米左右（μm）。數值孔徑（NA）為0.11。模擬測試顯示，該超穎透鏡實現了接近
繞射極限，絕對聚焦效率分別達到65%和56%。
該結果與相同尺寸和數值孔徑的理想透鏡相比，相當於擁有76%和65%相對聚焦效
率，足以達到完整成像和多方面應用。
研究人員表示，此方法的一個關鍵優勢在於，各層被設計為在遠場（波動繞射的
一種）內間隔一段距離，使得多層設計對於每一層錯位具有高度的容忍度。因此，非常
適合當前的大面積奈米製造技術，且每層都可以單獨製造，能簡單地封裝在最終裝置
中，達到擴展實際應用的目標。
他們還表示，未來將進行更多研究，並考慮多個超原子相互作用和更大的操作角
度，進一步提高超穎透鏡的孔徑數目和成像效率。預計該技術將被用於彩色路由器（用
於光分離）、渦旋光束（用於光學操縱）、雙螺旋點擴散函數（用於超解析度顯微鏡
）和其它光學儀器上。
該設計的論文第一作者、ANU的博士生約書亞‧喬丹（Joshua Jordaan）對該校的
新聞社表示，採用多層超材料設計的超穎透鏡，可以同時聚焦來自非偏振光源和大直
徑波長光，並克服了超穎透鏡過去的局限性。
喬丹接著說，「由於它的縱橫比很低，每一層都可以單獨製作和封裝在一起，並
且對偏振不敏感，因此它容易製造，可透過成熟的半導體奈米製造平台進行擴展，且能
實際運用到設備上。」
他解釋，研究小組最初嘗試用單層材料聚焦多個波長，但遇到了一些限制。「事
實證明，單層超表面本身具有物理限制。這為整個超穎透鏡的數值孔徑、物理直徑和工
作頻寬的乘積設定了上限。」
他補充表示，「為了在我們需要的波長範圍內工作，單層就必須具有非常小的直
徑，但這違背我們最初設計的目的。如果使用非常低的數值孔徑，就幾乎根本無法聚焦
光線。那時我們意識到需要一個更複雜的結構，最終選用多層方法。」
喬丹還表示，「這次設計的超穎透鏡，遠比傳統的玻璃鏡體積和重量要小，因此
非常適合用於無人機或地球觀測衛星上」，將為未來的便攜式成像系統帶來福音。
責任編輯：林妍#
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