澳洲科學家開發出多層超材料微型鏡片，有望應用於手機、無人機等裝置，實現更輕薄、高效的光學技術。

你是否曾想過，有一天手機的鏡頭可以像髮絲一樣細小，卻擁有超越傳統鏡頭的強大功能？ 這不再是科幻小說的情節，而是科學家們正在努力實現的目標。 澳洲國立大學和德國耶拿大學的研究團隊，近日在微型鏡片（Metalens）技術上取得重大突破，有望為手機、無人機等便攜式裝置帶來革命性的光學技術。 讓我們一起來看看，這些微小的鏡片究竟有什麼神奇之處！

想像一下，一片比頭髮還薄的鏡片，卻能像傳統鏡頭一樣聚焦光線，甚至做得更好！ 這就是微型鏡片，一種利用「超材料」製成的微結構，透過精巧設計的奈米結構來控制光線的行進方向。 傳統鏡頭需要透過玻璃的折射來聚焦光線，因此體積較大、重量較重。 而微型鏡片則利用超材料表面的微小結構，直接改變光線的相位，達到聚焦的效果，因此可以做得非常輕薄短小。

微型鏡片的出現，打破了傳統光學的限制，為我們帶來了無限的可能性。 除了更輕薄的相機模組，微型鏡片還能應用於虛擬實境、擴增實境、顯微鏡等領域，甚至可以用於太空探測。 想要更深入了解超材料的原理，可以在網路上搜尋相關資料，例如在維基百科上搜尋 “Metamaterial” 就能找到豐富的資訊。

最初，科學家們嘗試使用單層超材料來聚焦多種顏色的光線（也就是不同波長的光），但遇到了物理上的限制。 就像試圖用一片薄薄的紙來支撐一座橋樑，單層超材料在處理多波長光線時，難以同時滿足大直徑和高數值孔徑（影響成像清晰度的指標）的要求。

為了克服這個難題，研究團隊轉向多層超材料的設計。 他們像堆積木一樣，將多層超材料堆疊在一起，每一層負責處理特定波長的光線。 這種設計思路就像是為橋樑增加了支柱，大大提高了鏡片的性能。 最終，他們成功開發出能夠同時聚焦多種顏色的光線的微型鏡片，為實現更清晰、更真實的彩色成像奠定了基礎。

那麼，科學家們是如何設計這些複雜的奈米結構的呢？ 他們使用了一種稱為「形狀優化演算法」的工具。 這種演算法就像一位技藝精湛的工匠，能夠在無數種可能的形狀中，找到最適合的結構。

研究團隊將他們的需求告訴演算法，例如需要聚焦特定波長的光線、需要對偏振不敏感等等。 演算法會根據這些需求，不斷調整奈米結構的形狀，直到找到最佳的設計方案。 令人驚訝的是，經過演算法的優化，最終得到的奈米結構呈現出各種奇特的形狀，例如圓角正方形、四葉草和螺旋槳等。 這些奇特的形狀，正是實現高性能微型鏡片的關鍵。 此外，這種演算法還能提高製造過程中的容錯率，讓微型鏡片的生產更加容易。

微型鏡片的成功研發，為我們描繪了一個充滿希望的未來。 在不久的將來，我們或許能看到搭載超薄相機的手機、重量更輕的無人機，以及解析度更高的顯微鏡。

「金屬透鏡的設計對於無人機或地球觀測衛星來說是理想的，因為我們試圖讓它們盡可能小和輕。」– Joshua Jordaan

除了消費電子產品，微型鏡片還能應用於國防、醫療、科研等領域。 例如，可以用於開發更先進的夜視鏡、更精密的醫療影像設備，以及更強大的太空望遠鏡。 這些微小的鏡片，正在開啟一個全新的光學時代。 如果你想了解更多關於微型鏡片的研究進展，可以在學術資料庫中搜尋相關論文，例如在 IEEE Xplore 上搜尋 “Metalens” 就能找到最新的研究成果。

Ref:

ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems. (2025,
September 22). Tiny new lenses, smaller than a hair, could transform phone and
drone cameras. ScienceDaily. Retrieved September 22, 2025 from
www.sciencedaily.com/releases/2025/09/250921090853.htm