2021年3月18日，国际顶级光学期刊Laser & Photonics Review(IF=10.65)以“Conformally Mapped Mikaelian Lens for Broadband Achromatic High Resolution Focusing”为题，在线报道了北京理工大学先进技术结构研究院方岱宁院士团队在结构型宽带高分辨聚焦微波透镜方面的研究进展。博士生陈锦为论文第一作者，陈明继副研究员为本文的共同通讯作者。
大数值孔径无色差高分辨聚焦透镜在高分辨成像、高精度光刻等领域具有重要的工程应用。如何设计制造宽带无色差高分辨率透镜是光学与微波领域共同关注的问题之一。研究团队按照先进结构工程逆向设计的指导思想，通过保角变换光学理论，推导出聚焦点在边界对称轴处的四分之一米卡良透镜折射率分布；并通过基元结构设计和精细加工实现了聚焦半径0.2λ水平的大数值孔径宽带高分辨聚焦微波透镜。
为提高聚焦点处聚焦精度，受到传统固体浸入式透镜启发，将聚焦点处设计为折射率较大的材料，能够提高透镜的聚焦性能，达到0.2λ的聚焦半径，如图1所示。得到折射率空间分布后，需要通过结构设计予以实现。选取4种介电常数分别为 12，9，7，6的全介质低色散低损耗材料进行结构设计和制备。根据距离边界对称轴距离的不同，将透镜结构介电常数的空间分布进行阶梯化离散，每一阶梯的等效折射率选择相应的材料设计对应的亚波长尺度微结构，如图2所示。
图1 (a-c) 边界处折射率分别为 1，2，3时四分之一米卡良透镜的聚焦半径
图2 (a)四分之一米卡良透镜的参数离散；(b)透镜的微结构设计；(c)透镜结构样件照片；(d)透镜聚焦效果的仿真计算结果
微波近场扫描的实验结果表明，该透镜的聚焦半径和聚焦效率与理论值吻合较好，如图3所示。虽然本文工作是针对微波频段的电磁波进行验证的，但基于可见光与微波在物理机制上的相似性，可以通过十纳米级别的微结构将本文结果推广到可见光透镜应用中。
图3 (a)电场测试平台；(b)透镜的聚焦半径测试结果；(c)透镜7-14GHz频率下的电场分布云图
相关论文链接：
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论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.8b11239
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论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6463/ab3fb8
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论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6463/abddf9
