金屬透鏡（Metalenz）作為一種革命性的光學元件，利用納米結(jié)構(gòu)的平面化設計突破了傳統(tǒng)曲面透鏡的局限，為光學系統(tǒng)帶來了前所未有的緊湊性與多功能性。其設計理念基于超表面（metasurface）技術，通過在平面上排列亞波長尺度的納米天線陣列，精確調(diào)控光波的相位、振幅和偏振，實現(xiàn)類似傳統(tǒng)透鏡的聚焦、成像和光束整形功能。

在平面設計過程中，金屬透鏡的核心在于納米結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)優(yōu)化，如形狀、尺寸和空間分布。例如，通過設計橢圓或矩形納米柱，可以操縱不同偏振方向的光波；而漸變周期結(jié)構(gòu)則能模擬傳統(tǒng)透鏡的折射效應。這種設計不僅大幅縮減了光學系統(tǒng)的體積——從厘米級降至微米級，還為集成到智能手機攝像頭、醫(yī)療內(nèi)窺鏡和AR/VR設備提供了可能。

金屬透鏡的平面設計優(yōu)勢顯著：其一，它消除了傳統(tǒng)透鏡的球差和色差問題，通過計算優(yōu)化可實現(xiàn)高分辨率成像；其二，量產(chǎn)兼容半導體工藝，能夠以低成本大規(guī)模制造；其三，多功能集成能力突出，單一平面器件可同時實現(xiàn)濾波、偏振控制和光束偏折。目前，研究人員已開發(fā)出用于3D傳感的金屬透鏡陣列，以及可動態(tài)調(diào)諧的超表面設計，進一步拓展了其在自動駕駛和量子通信中的應用。

盡管金屬透鏡設計仍面臨帶寬限制和效率挑戰(zhàn)，但其平面化范式正推動光學領域走向輕量化、智能化的未來。隨著計算設計與AI算法的融合，金屬透鏡有望徹底改變我們感知光的方式，成為下一代光電技術的基石。