1. 痛點問題

在光學(xué)成像領(lǐng)域，獲得寬光譜消色差成像是光學(xué)成像的重要目標(biāo)之一。在傳統(tǒng)的成像系統(tǒng)中，通常是利用多種不同材料組成的復(fù)合透鏡來消除材料色散產(chǎn)生的折射色差，以此實現(xiàn)整個光譜內(nèi)的清晰成像，或是將多個折射透鏡組成透鏡組，實現(xiàn)對色差的抑制。

采用多種不同材料組成的消色差復(fù)合透鏡，目前大致分為三類：消色差透鏡，復(fù)消色差透鏡，超消色差透鏡；其中消色差透鏡采用至少兩種材料，能夠消除兩個波長處(紅光和藍(lán)光)的色差；復(fù)消色差透鏡采用至少三種材料，消除三個波長處的色差；超消色差透鏡采用至少四種材料，消除四個波長處的色差。由于這類透鏡的消色差性能需要通過增加材料種類來提升，相比于普通透鏡，其體積更大，且加工精度要求高，制作昂貴。

利用不同材料和不同曲率的折射透鏡色散規(guī)律不同，通過將多個折射透鏡組合成一個透鏡組也能實現(xiàn)消色差。這種方案成倍地增加了整個系統(tǒng)的體積和成本，同時透鏡之間的對準(zhǔn)也是一個精度要求非常高的過程，增加了制造的難度，極大地限制了消色差成像裝置的推廣和應(yīng)用。

2.解決方案
首先，研究人員考慮到影響透鏡消色差成像性能的多重因素，包括成像效率、分辨率(與數(shù)值孔徑相關(guān))、成像視場(透鏡口徑相關(guān))、消色差范圍等提出了一個頻譜相干度的物理量，可以全面的反映一個消色差透鏡的綜合性能。理論分析表明，在維持一定的頻譜相干度下，用15微米厚度的消色差平面透鏡可以達(dá)到的1厘米左右的口徑與此同時，研究人員基于多階衍射透鏡的體系提出了一套完整的優(yōu)化設(shè)計框架，能夠有效降低衍射單元結(jié)構(gòu)的深寬比，成功設(shè)計出直徑1.024厘米的消色差多階衍射透鏡。接著，研究團(tuán)隊基于灰度曝光的光刻工藝，成功研制出該厘米口徑的消色差多階衍射透鏡(AMDL)。

3.競爭優(yōu)勢分析
(1)以焦點強(qiáng)度作為消色差優(yōu)化目標(biāo)，計算復(fù)雜度低、耗時短;
(2)通過結(jié)合全局優(yōu)化算法與局部優(yōu)化算法，相比僅采用全局優(yōu)化算法優(yōu)化速度更快，提升了透鏡性能，實現(xiàn)了寬光譜范圍內(nèi)的高質(zhì)量消色差成像為一個平面透鏡，極大地降低了消色差成像系統(tǒng)的體積和成本;(3)實現(xiàn)了大尺寸寬光譜消色差平面透鏡設(shè)計，將傳統(tǒng)的消色差系統(tǒng)壓纊(4)對結(jié)構(gòu)高度分布進(jìn)行平滑處理，大大降低了加工難度，使得具有較7厚度的多階衍射透鏡加工變得可行

（左）焦點處的頻譜相干度分析示意圖

（右）研制成功的消色差平面透鏡及其成像效果