近日，美国哥伦比亚大学工学院的研究人员成功地制造出首个平面透镜，它无需任何额外的元件，就能将广泛色彩范围内的任意偏振光线，正确地聚焦到同一焦点。
这种革命性的“平面”透镜厚度仅为一微米，比纸更薄，且性能可媲美顶级复合透镜系统。
在不同的材料与结构中，不同颜色的光线会以不同的速度传播。这就是为什么我们看到白色光线通过棱镜折射后，会被分解成组成不同颜色的光线，这种现象称为“色散”。
对同一种介质来说，光的频率越高，介质对这种光的折射率就越大。在可见光中，紫光的频率最高，红光频率最小。
当白光通过三棱镜时，棱镜对紫光的折射率最大，光通过棱镜后，紫光的偏折程度最大，红光偏折程度最小。这样，三棱镜将不同频率的光分开，就产生了光的色散。
因为“色散”的存在，所以普通透镜无法将不同颜色的光线聚焦到一点。这意味着不同颜色的光线无法同时合焦，这样一来，由这种简单透镜所形成的图像将不可避免地变得模糊不清。
传统的成像系统可通过叠加多个透镜解决这一问题，但是这种解决方案却是以增加复杂度和重量为代价的。
哈佛大学约翰·保尔森工程和应用科学学院（SEAS）的科学家团队开发出首个超透镜，它可以将整个可见光光谱（包括白光）聚焦到同一个点，并达到很高的分辨率。
近日，美国哥伦比亚大学工学院的研究人员成功地制造出首个平面透镜，它无需任何额外的元件，就能将广泛颜色范围内的任意偏振光线，正确地聚焦到同一焦点。
这种革命性的“平面”透镜厚度只有一微米，比纸更薄，且性能可媲美顶级的复合透镜系统。
传统的透镜会让照射在它上面的光线，经过不同路径传播，从而让完整的光波在同一时间到达焦点。
为了使得制造的透镜达到这一效果，当光线从透镜的边缘传播到中心时，需要为其增加延时量。这就是为什么传统透镜的中心要比边缘更厚。
为了发明更薄、更轻、更便宜的透镜，研究人员利用了他们在光学“超表面（metasurfaces）”方面的专长，制造出由像素或“超原子（meta-atom）”组成的平面透镜。
每个超原子的尺寸仅为光波长的几分之一，并能不同程度地推迟通过它的光线。
研究人员在基底上刻画出如同人类发丝一样薄的超薄纳米结构平面层，达到了同样厚度与重量的传统透镜系统所具备的功能。
展望未来，他们预计超透镜将取代笨重的透镜系统，就像平面屏幕电视取代阴极射线管电视一样。
图片展示了两种平面透镜。前景部分，一种新型平面透镜将所有颜色的光线聚焦于同一点。作为对比，背景部分的平面镜头无法进行颜色校正。
我们的平面透镜的优点在于，通过采用复杂形状的超原子，不仅为单色光，也为连续光谱，提供了正确的延时分布。
而且由于它们非常薄，所以有望显著降低成像所用的任意光学仪器或设备的尺寸和重量，例如摄像头、显微镜、望远镜甚至是我们的眼镜。
我们可以想象未来将出现比纸更薄的眼镜、不会凸起的智能手机摄像头、无人驾驶汽车和无人机的成像与感知系统所使用的薄片、医疗成像所用的小型工具。
这将是眼镜历史上一次伟大的革新，让我们拭目以待吧！
