【光學前沿】超薄大口徑衍射透鏡問世:開啟輕量化光學成像技術(shù)新紀元
突破傳統(tǒng)光學極限:猶他大學革新2025年3月10日,猶他大學宣布成功研發(fā)多層衍射透鏡(MultilayerDiffractiveLens,MDL),這款厚度僅2.4微米、直徑達100毫米的平面透鏡,首次實現(xiàn)了與傳統(tǒng)曲面透鏡相媲美的全光譜消色差成像能力,為天文攝影、空間探測等領域帶來革命性解決方案。
技術(shù)突破:毫米級器件承載納米級精度
MDL通過納米級同心微環(huán)結(jié)構(gòu)替代曲面折射,在超薄基底上實現(xiàn)光線相位精確調(diào)控。其核心創(chuàng)新包括:
全光譜消色差:通過優(yōu)化微環(huán)高度與間距,使400800nm可見光同步聚焦,消除色差,實驗顯示色彩還原度提升37%。
逆向設計算法:基于數(shù)學模型與計算機模擬,反推最優(yōu)微結(jié)構(gòu)參數(shù),突破傳統(tǒng)正向設計的局限性。
灰度光刻工藝:在聚合物基底上雕刻精度達納米級的200層同心環(huán),確保光場調(diào)控的精準性。
性能對比:輕量化與高性能的完美平衡
性能對比:輕量化與高性能的完美平衡
參數(shù) | 傳統(tǒng)曲面透鏡 | MDL | 曲面鏡 | 菲涅爾區(qū)板 |
---|---|---|---|---|
厚度 | 毫米級 | 2.4 微米(發(fā)絲 1/20) | 毫米級 | 微米級 |
重量 | 重 | 輕(僅 0.03g) | 輕 | 輕 |
色差控制 | 需復雜組合設計 | 全光譜消色差 | 無 | 單色聚焦 |
空間分辨率 | 100-150 線對 /mm | 181 線對 /mm(提升 45%) | 受遮擋影響 | 受波長限制 |
應用場景:從太空探索到民用影像
1.航天遙感
搭載于衛(wèi)星或太空望遠鏡時,MDL可使光學系統(tǒng)重量降低70%,同時保持哈勃望遠鏡級別的深空探測能力。實驗顯示,其在模擬太空環(huán)境中仍能保持98%的成像精度。
2.天文攝影
便攜式設備可實現(xiàn)專業(yè)級天體成像。團隊測試中,MDL成功捕捉月球地質(zhì)細節(jié)與太陽黑子活動,色彩還原度較傳統(tǒng)設備提升22%。
3.混合光學系統(tǒng)
與折射透鏡結(jié)合后,可構(gòu)建輕量化混合望遠鏡,適用于無人機測繪、環(huán)境監(jiān)測等領域,預計成本降低40%。
行業(yè)影響與未來展望
全球26家衍射透鏡供應商已關注此技術(shù),研究團隊正與NASA及商業(yè)航天公司探討合作。下一步計劃包括:
開發(fā)1米級超大型MDL,應用于下一代空間天文臺
探索近紅外至太赫茲波段擴展,滿足多光譜成像需求
優(yōu)化制造工藝,將單鏡片成本從$5,000降至$500以內(nèi)
猶他大學RajeshMenon教授表示:"這項技術(shù)不僅是光學設計的革新,更重新定義了空間載荷的可能性。當100毫米口徑透鏡重量不足硬幣時,人類對宇宙的探索將進入新紀元。"
MDL的誕生標志著光學器件從"厚重時代"邁向"超薄時代",其顛覆性潛力或?qū)⒅厮芪磥硎甑暮教?、安防、醫(yī)療等領域的成像技術(shù)格局。
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