《Laser & Photonics Reviews》:金刚石超透镜实现−100°C到500°C稳定成像

作者: 时间:2026-02-02 点击数:

    超构透镜能够用亚波长纳米结构直接写入点扩散函数(PSF)并把复杂光学系统做得更紧凑,但在极端温度环境下其性能常会被材料的热光系数与热膨胀所拖累:温度变化会同时引起结构形变与折射率变化,从而破坏精心设计的相位分布,导致焦移与波前像差累积,最终造成成像质量显著退化。

    针对这一研究空缺,郑州大学单崇新、倪佩楠团队提出并验证了以金刚石为材料平台的超构透镜方案,利用金刚石“热光系数极小+热膨胀极低”的特性,在仿真中将宽温区工作下的热致波前误差压到极低水平,并进一步制备了两类具工程化PSF的金刚石超构透镜(点PSF与涡旋PSF,拓扑荷L=1)进行实验验证;可以把它类比为把超构透镜的“相位编码”刻在一块热稳定性极强的基材上,使温度大幅波动时相位图依旧几乎不变,从而让焦点形貌与成像能力不随环境漂移。

    论文给出的关键定量结果包括:在−100°C到500°C范围内,金刚石超构透镜可保持一致的衍射极限成像表现,且数值模拟显示点PSF与涡旋PSF的热致像差分别仅为0.0061λ与0.0087λ量级,并通过温度控制平台实验观测到点PSF与涡旋PSF在宽温区内的焦距、半高全宽与聚焦效率几乎不变;进一步在非相干照明下,作者将点PSF与涡旋PSF成像结果做差实现边缘增强成像,并展示该边缘增强在−100°C到500°C仍保持稳定效果,支持在深空任务、低温实验与高温工业等极端环境中部署紧凑且可靠的成像系统。 该成果以 Diamond Metalens Enabled Robust Imaging Across Broad Temperature Range 为题,于2026年2月26日发表于《Laser & Photonics Reviews》。

     

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