南大科研团队实现大面积消色差平面透镜

接下来的光学实验结果清晰展示了该1cm直径的AMDL从400-1100 nm波长范围内超宽带的消色差聚焦性能，见图3(a)。根据实验测得的数据，该透镜的综合性能已居目前所有报道的消色差平面透镜（包括传统多阶衍射透镜和超构透镜）之首，并且较之于商用的单片折射透镜，在白光照明下具有更优的成像性能。具体如图3(b,c)所示，上图显示了商用的折射透镜在白光照明下成像边缘会有明显的色晕现象（彩虹效应），且红绿蓝三色物体不能清晰的成像在同一平面。作为对比，消色差平面透镜（下图）则成功地解决了这些问题，能够得到较为清晰的白光边缘成像以及红绿蓝三色同时成像。

图3.(a)消色差AMDL在400-1100 nm波长范围内的消色差聚焦实验结果。(b,c)折射透镜和消色差平面透镜成像对比。左图是展示白色物体边缘的色晕对比，右图是针对蓝光物体聚焦成像时，两种透镜对红光物体成像精度对比。

图4.同样拍摄环境下成像对比。（左）AMDL拍摄的原始图像，（中）经算法处理后的AMDL成像效果，（右）华为手机（P40）拍摄图像。

该项工作提出的频率相干度理论分析方法，为进一步扩展消色差平面透镜参数空间提供了新的方案，同时也能为后续的大尺寸消色差平面透镜设计指明新方向。未来可以考虑将消色差平面透镜与先进的图像处理算法相结合（如图4(中)），将进一步提升成像的综合性能，非常有望实现真正具有实用价值的平面光学成像系统。该成果发表在 Light: Science & Applications，题为Large-scale achromatic flat lens by light frequency-domain coherence optimization。南京大学现代工程与应用科学学院博士生肖行健是论文第一作者，李涛教授和南方科技大学李贵新教授为论文的通讯作者。该工作得到祝世宁院士的悉心指导。

该项工作得到科技部国家重点研发计划、自然科学基金委重大研究计划重点项目和面上项目、南京大学登峰人才计划、以及广东省创新创业项目和深圳市创新委员会自然科学基金的支持。

相关链接：https://www.nature.com/articles/s41377-022-01024-y