摘要：在现代光学领域，消色差微透镜的设计一直是研究热点之一。清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室孙竞博团队与北京科技大学北京材料基因工程高精尖创新中心白洋团队合作在中国工程院院刊《Engineering》发表了一篇题为“Highly Efficient Broa

在现代光学领域，消色差微透镜的设计一直是研究热点之一。清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室孙竞博团队与北京科技大学北京材料基因工程高精尖创新中心白洋团队合作在中国工程院院刊《Engineering》发表了一篇题为“Highly Efficient Broadband Achromatic Microlens Design Based on Low-Dispersion Materials”（基于低色散材料的高效宽带消色差微透镜设计）的研究论文，第一作者为王学倩，通讯作者为孙竞博和白洋。该论文介绍了一种新型的消色差微透镜设计方法，该方法在可见光波段表现出优异的性能。

色差是光学成像中的一个重要问题，它会导致成像模糊和色彩失真。传统光学系统中，通常需要使用多个透镜组合来校正色差，这使得光学系统体积庞大且复杂。近年来，随着光学超表面技术的发展，超透镜为解决这一问题提供了新的思路。然而，超透镜的制造工艺复杂，且聚焦效率较低。为了克服这些限制，研究人员提出了一种基于低色散材料和精心设计的弧面及厚度分布的消色差微透镜设计方法。

该研究的核心在于通过低色散材料和合理的弧面设计，实现微透镜在不同波长下的消色差成像。研究人员以熔融石英为材料，利用其低色散特性，设计并制造了具有不同焦距和尺寸的微透镜。这些微透镜在410~680纳米的可见光波段内表现出优异的消色差能力，平均聚焦效率高达65%。此外，这些微透镜还具有偏振不敏感和近衍射极限的优点，适用于虚拟现实、增强现实、超紧凑显微镜和生物内窥镜等微型光学设备。

研究团队通过理论分析和实验验证，展示了这种消色差微透镜的设计原理和性能。他们利用聚焦离子束（FIB）技术制备了微透镜，并通过精确的表面轮廓控制，实现了高效的聚焦效果。实验结果表明，这些微透镜在白光成像中能够有效校正色差，且成像清晰度接近衍射极限。此外，研究人员还通过模拟和实验验证了该设计方法的通用性，证明其适用于不同尺寸和数值孔径（NA）的微透镜。

这项研究不仅为消色差微透镜的设计提供了一种新的思路，还为微型光学设备的发展提供了重要的技术支持。通过使用低色散材料和优化的弧面设计，研究人员成功地提高了微透镜的聚焦效率和成像质量，同时降低了制造成本和工艺复杂度。未来，这种设计方法有望在高度集成半导体、超微型显微镜、可穿戴设备、光纤集成以及生物内窥镜等更多领域得到应用，推动微型光学技术的发展。

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来源：凯视迈精密测量