便攜式光學設備即將迎來一場革新——由德國耶拿大學主導的研究團隊開發出一種新型多層金屬透鏡，可同時聚焦多波長非偏振光，為手機攝像頭、無人機光學系統等小型設備提供高性能解決方案。這項突破性成果發表于《Optics Express》，其核心在于通過超材料層設計克服了傳統金屬透鏡的物理限制。

傳統金屬透鏡雖具備超薄特性（厚度僅為發絲的幾分之一），但其單層結構面臨根本性矛盾：若要實現短焦距，必須犧牲直徑或數值孔徑。研究團隊第一作者約書亞·喬丹指出，單層超表面的最大群延遲導致數值孔徑、直徑和帶寬的乘積存在理論上限，“當需要覆蓋可見光到近紅外的波長范圍時，單層設計要么直徑過小失去實用價值，要么聚焦能力極弱”。

突破點在于轉向多層架構。研究團隊采用基于形狀優化的逆向設計算法，引導軟件篩選能在特定波長下同時激發電偶極子和磁偶極子共振的超表面結構。通過優化，開發出圓角方形、四葉草、螺旋槳等形狀的超材料單元，其高度為300納米、寬度1000納米，可實現0至2π的完整相位梯度。這種設計不僅對偏振不敏感，還顯著提升了制造容差——每層超材料可獨立加工后組裝，大幅降低工藝難度。

多層結構雖最多支持五種波長的同步聚焦（受限于長波共振與短波衍射的平衡），但其聚光性能已能滿足便攜式成像系統的核心需求。喬丹強調，該金屬透鏡在保持極小體積和重量的同時，可生成傳統透鏡的環形聚焦圖案，理論上還能通過調整超材料單元生成任意聚焦形態。這種特性使其成為無人機光學載荷、地球觀測衛星等對空間和重量敏感場景的理想選擇。