ACS Photonics | 单层硅光超透镜实现长波红外的直接边缘增强成像

长波红外（LWIR）成像在雾霾穿透和夜视监控等领域具有重要应用，但传统LWIR系统因依赖昂贵材料（如锗、硒化锌）制造的大口径透镜而成本高昂。此外，现有超透镜虽具超薄优势，却面临图像对比度低和边缘模糊问题，通常需借助后处理技术解决，增加了系统复杂性。为此，西南大学吴加贵教授、国防科技大学杨俊波教授和南京邮电大学朱刚毅教授的联合团队提出一种基于单层硅光超透镜的LWIR前端边缘增强成像方案。该研究通过将双曲聚焦相位与拓扑荷为1的涡旋相位叠加，形成环形透射点扩散函数（PSF），从而在光学层面直接抑制低频背景并增强高频边缘信息。研究团队设计并制备了直径9 mm、数值孔径0.45、中心波长为10.6 μm的偏振不敏感涡旋超透镜，采用光刻工艺实现高效加工。实验结果表明，该透镜在多种图案测试中边缘对比度提升超过7.6 dB，最小可解析特征尺寸达0.4 mm，并在宽光谱范围内保持一致的边缘增强效果。结论表明，该方案结合大孔径、低成本和CMOS兼容工艺优势，作为前端光学预处理技术，可减少对后处理和计算资源的依赖，为高性能、紧凑型智能红外成像系统的发展提供了新路径，有望应用于红外目标探测、机器视觉、自动驾驶感知及安防遥感等领域。