宽频轻质平板透镜用于长波红外成像

来源：两江科技评论

创新研究

长波红外（LWIR）成像是指波长约为8 mm到12 mm的成像，在国防、医学、农业和环境监测等方面的应用具有重要意义。为了获得高透明度，在LWIR波段的传统折射透镜需要硅、锗或硫系玻璃等材料。传统的折射光学由曲面组成，随着分辨率的提高而变厚。也就是说，为了使光线以更大的角度弯曲，必须降低曲率半径，从而使透镜变得越来越厚。对于许多应用来说，这些传统透镜的重量可能太大。重量的增加限制了无人机的工作范围，头戴式夜视镜变得沉重，导致士兵颈部和头部受伤，并降低他们的态势感知能力。

最近，超透镜被认为是减少折射透镜厚度的一种方法。超透镜由众多单元组成，这些单元充当散射元，在散射时产生局部相移。通过对透镜平面中这些组成单元的空间分布进行设计，可以对图像像差进行校正。最近研究表明，在LWIR波段，单个波长λ=10.6mm。超透镜单元由一个直径为1.5mm～2.5mm，高度为6.8mm，最小间距为6.2mm的柱状晶格组成，在设计波长下聚焦效率仅为35%。最近的另一个基于超透镜的LWIR微透镜的演示也取得了类似的性能，同时面临着类似的制造挑战。到目前为止还没有宽带LWIR超透镜被提出。

最近，来自美国犹他大学（University of Utah）的研究人员研究了基于多级衍射光学的聚合物平板透镜在长波红外波段（8～12mm）的成像。透镜厚度仅为10mm，允许通过压印光刻廉价制造。与同等折射率透镜比较，该透镜重量要小两个数量级。实验表明，即使在吸收损耗约为25%的情况下，平板聚合物透镜在35°的视场和小于0.013°的角分辨率下也能获得良好的成像效果。文章以Broadband lightweight flat lenses for long-wave infrared imaging为标题发表在PNAS上。

LWIR MDLs的设计与聚焦性能。（a和g）优化的高度剖面和（b–f和h–l）焦距和数值孔径为（a–f）19 mm和0.371以及（g–l）8 mm和0.45的透镜在设计波长处的模拟点扩散函数。