不晓得从甚么时刻起，大家电话背面突出的镜头模组感觉司空见惯了，再也无人吐槽为何镜头突出机身那么多。不带电话壳的概况下，有的电话由于镜头模组突出过多，信息提示的触动甚而能让电话从桌子上滑下去。从大哥大到此刻的智能电话，那么好几年来电话曾经薄了那么多，莫非咱们就不行把镜头做薄一丝吗？

　　还真不能。电子部件的小型化让咱们渐渐步入了消息时期，咱们可行在比指甲盖还小的芯片上构建起堪比全个都市的繁杂构造，让此中没有数条电流全在纳秒的时间尺度上十足依照工程师制订的准则搬动。可是，咱们今日运用的镜头，除了在进光量、相差、色差等成像品质方面有所进步，在原理上，和 1839 年路易?达盖尔首次拍到人时所运用的镜头并没有本质上的区分。关于成像光学体系而言，技艺一直无本质上的进步，似乎根基科技被“智子”锁死了通常。

　　惯例镜头在成像时，整颗镜头都可行等效成一种凸透镜。但镜头不行只由一种凸透镜构成，由于它存留像差和色差。因而镜头须要由多片镜片构成，每一片都有各自的职责，有的负责偏转光线，有的负责消除色差，有的负责消除畸变。每一片镜片都须要通过繁杂的研磨进程，组装时也须要极高的精度。终归，光学但是人类掌握的最精密的学科，生产芯片的光刻机，探测引力波的激光干涉仪，皆是光学仪器 —— 精密的背后，是居高不下的本钱。

　　摄像头的利用越来越广大，咱们对高品质图像的要求与日俱增。不管是自动驾驭，仍是没有人机避障，都须要大批成像数据。就算此刻电话镜头大小较小，也能依托流水线大量量制造下降本钱。但遭到惯例光学镜头原理上的节制，它必需由多片镜片实现，厚度和本钱总是没有办法下降到令人称心的水平。

　　咱们须要的其实不是镜头自身，却是镜头终归在传感器上表现的图像。假如有甚么轻薄容易的构造可行替代惯例镜头，那当然是再好只是。而超镜头（metalens）便是这样的光学仪器。

　　见到“meta”，最多使人料到的是元宇宙。但本来，资料学范畴很早此前就曾经用上这种名词了。超镜头的“metalens”也是衍生于超资料（metamaterial）和超外表（metasurface）这两个概念。“Metamaterial”一词源自希腊语“meta”，意为“超过”。超资料超过了平凡资料的范围，具有平凡物质不具有的特性。与其说超资料是一个物质，不如说它是一个由金属、硅和塑料等常规物质组成的特殊的人造构造。假如把这类构造全体看成一个物质，它就可能具备特殊的性质，例如可能具备负的折射率。

　　超资料微观构造的尺度打算了它能与甚么波长的光相互效用。假如将微观构造做到几十几百纳米的尺度，那它便是可视光的超资料。同一时间，为了提升光的透射率，可行将全部微观构造都做到一种二维外表上，超资料就变成了超外表，此中的每一种微观构造看起来都像一种微小的支柱，效用差不多于波导管。超外表可行改变光流传的方向，把它当作镜头来用，便是超镜头。

　　通常而言，光学体系为了成像，须要的是汇聚光的能力。光是一个电磁波，波具备相位属性，统一个相位的电磁波构成的平面被称为波阵面。超镜头上的微观构造，可行按形状、排列形式调度入射电磁波的相位，从而操控波阵面的形状。只需超镜头的微观构造将波阵面的形状调度到汇聚的形状，那它的成果就差不多于一片凸透镜，就能成像。

　　惯例镜头是须要精细研磨的透镜，而超镜头是一个超薄的平面构造。具备厚度的透镜会由于资料对不同颜色光的折射率不同而发生色差，而超外表则由于自身超薄，全部波长的光差不多同一时间经过镜头，其实不会发生色差，它本来是一个消色差镜头。而且，更具优势的是，超外表制造起来本来其实不是不容易。对微观循环构造的生产能力的提高，正是往日几十年电子技艺进步的最最重要的能源。实是上，超外表可行由现存的半导体代工厂大范围制造。

　　是以，假如超镜头的技艺老练，咱们只要要将感触光线的传感器、提供厚度的玻璃和弯折光线的超镜头叠在一同，就可以获得一种近乎完美的镜头。它能成像，没有色差，还无繁杂的镜组构造，厚度也要薄了不少 —— 而且，本钱还更低。

　　只是，meta 这种词似乎有魔咒通常，一切和它沾边的东西看上去前景都那末美好，但距离在实质生活中落地，仿佛都有不近的距离。超镜头技艺一直让人一个噱头大于实质的感受，很少有人能真的给出超镜头技艺的实质营运时间。只是，这类景象正好迅速转变。

　　上周，南京大学李涛团队运用超透镜技艺，生产了一个超薄、且成像品质优秀的集成单层超镜头阵列广角相机（single-layer metalens array integrated wide-angle camera，MIWC）。相干效果发表在 Optica 杂志上。MIWC 相机大小为 1×1×0.3 cm，视角为 120°。与过去单个超镜头相机比较，MIWC 相机中的超镜头阵列可行弥补不同超镜头边缘画质下调的难题，实现了更高的成像品质。同一时间，由于该相机仅有 CMOS 光传感器和超镜头阵列两个部件构成，有望在大范围制造中下降本钱。未来，探讨团队计划将阵列中单个超镜头的直径从 0.3 mm提高到 1 到 5 mm，从而进一步提高成像品质。

　　拍摄人像照片时，大家常常须要“大光圈”带来的浅景深，模糊掉照片背景从而突出主体。但对获取数据而言，相机的景深则是越大越好，能同一时间看清遥远的和近处的物体是最理想的状况。南京大学徐挺团队在《当然?通讯》上发文，它们遭到三叶虫复眼的启发，用超镜头技艺研发出了一个具备双焦镜头的超大景深微型相机，可行在单张照片上同一时间对 3 cm以内和 1.7 公里以外的物体清楚成像。相干探讨发表于《当然?通讯》。

　　罗马非是一天建成的，超镜头的进行也须要时间。此刻，超外表的进行越来越快，也许可行期待，在超外表技艺的帮助下，咱们能回到那个电话镜头不突出的年代。