导读超透镜走向实用化长期受困于一个基础物理瓶颈高数值孔径NA与大视场FOV之间的固有权衡Trade-off。近日发表在Laser Photonics Reviews的论文提出一种区域复合相位超透镜RCPM, Regionally-Composite Phase Metalens设计范式通过对超透镜进行空间宏观分区将二次相位的“大视场特性”与双曲相位的“高分辨特性”巧妙融合成功解耦了 NA 与 FOV 的制约关系。实验表明论文中制备的大孔径2 mm、高 NA0.8硅基超透镜不仅在正入射下的绝对聚焦效率较传统设计提升近 20%更在高达 45° 的大斜入射角下依然保持了 0.775 µm 的亚微米级超高成像分辨率。该工作有效克服了传统单相位超透镜的孔径截断与离轴像差问题为机器视觉、AR/VR 及计算成像等高集成度光学系统提供了突破性的通用设计框架。原有方法不足之处要理解 RCPM区域复合相位超透镜的精妙之处首先要弄清阻碍传统超透镜实现“兼顾”的物理根源是什么。在单相位设计中我们通常面临两个极端的选择双曲相位Hyperbolic Phase这是专为正入射设计的“完美聚焦”曲线。它能实现极高的 NA 和极佳的聚焦效率。但它的致命弱点是缺乏平移对称性一旦光线斜入射就会产生极其严重的离轴像差如彗差导致视场FOV被牢牢锁死在极小的范围内。二次相位Quadratic Phase由于具备优秀的平移对称性当斜入射光角度 θ打入时它能在焦平面上产生一个简单的横向平移fsinθ从而天生支持大视场WFOV。但它的困境在于为了维持二次曲线透镜边缘的相位梯度会急剧增大。当相位梯度引发的径向波数超过自由空间波数时透射光将沦为倏逝波Evanescent waves无法传播。这就导致了严重的孔径截断效应大量边缘光线丢失聚焦效率惨不忍睹。设计原理既然单一相位走不通该团队创新性地提出了宏观空间分区Regionally-Composite策略。不改变底层的亚波长纳米柱结构而是对超透镜表面的相位分布进行了“区域拼接”内部核心区 —— 驻守“二次相位”以保视场:根据广义斯涅尔定律计算斜入射时光场的“有效工作区”会发生横向偏移。研究团队将透镜内部有效工作区的主要覆盖范围设定为二次相位稳稳锁住了透镜的大视场WFOV成像能力。外部边缘区 —— 替换“双曲相位”以拉升效率:针对二次相位边缘梯度过大、光线无法透射的“死区”团队果断将其替换为双曲相位。这相当于在透镜外圈套上了一个高效的“聚光环”。它不仅消除了正入射时的球差还成功透射了原本会因陡峭梯度而丢失的光能瞬间将 NA 和整体聚焦效率拉满。纯代码设计结果1径向相位剖面和相位梯度对比纯代码设计结果2RCPM相位分布纯代码设计结果3正入射和斜入射性能权衡纯代码设计结果4RCPM和双曲面聚焦光斑分布RCPM光斑基本保持圆形无慧差纯代码设计结果5GDS预览结果2mm*2mm构建时间约为20min, 8GB显存论文信息第一作者He Lin, Yuyao Wang (共同一作)通讯作者Xiaoliang Ma, Cheng Huang, Xiangang Luo论文标题Regionally-Composite Phase Metalens: Breaking the Field-of-View Limitation for High-NA Imaging发表期刊Laser Photonics Reviews(2026)DOI:https://doi.org/10.1002/lpor.71520