近日，光电信息学院易飞教授团队在长波红外热成像技术领域取得显著突破。该团队的研究论文“Monolithic Hybrid Metalens Singlet for Broadband Aberration-Corrected LWIR Imaging”在国际知名学术期刊《ACS Photonics》上发表。光电信息学院博士生陈岩为第一作者。
长波红外热成像技术因其在夜视、温度感知和环境监测等方面的独特优势而备受关注。然而，传统长波红外成像系统通常需要多片折射型曲面透镜组合才能校正色差和球差，这导致成像系统的尺寸、重量和成本较高，限制了其在无人机、便携式热像仪等紧凑型设备中的应用。
图为单片式混合超构透镜的结构及其成像特性
团队开发的单片式混合超构透镜将一片平凸球面透镜与一片色散调控的超构表面集成于单一元件中。该透镜前表面为硅基平凸球面透镜，后表面制备有硅基超构表面，总厚度仅1.86毫米，通光孔径达10毫米。通过色散工程方法筛选超构表面的矩形纳米柱结构，团队实现了长波红外波段内的精确相位匹配，同时校正了球面透镜的球差和轴向色差。实验表明，该混合透镜在宽波段内的调制传递函数接近衍射极限，同时实现了高效的透光性能。
图为单片式混合超构透镜的调制传输函数测试结果
这项工作有效解决了传统热成像系统在成像质量与紧凑性之间的难题，为轻量化、低成本的红外成像模块开发提供了新的技术路径，特别在便携式夜视、无人机导航等领域具有广阔的应用前景。研究团队从相位调控、色散匹配等方面系统设计了混合超构透镜，并详细介绍了电子束光刻、深硅刻蚀及增透膜镀膜等关键制造工艺。此外，团队通过室内近场和室外远场实景成像测试，验证了该透镜在不同距离和场景下的成像能力。
本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、光谷实验室创新项目、深圳市科技计划以及华中科技大学交叉研究项目的资助支持。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsphotonics.5c02539
