随着世界越来越依赖成像技术，对光学系统的需求从未如此之大。从消费电子产品到国家安全，这些系统必须重量轻且质量不妥协，才能满足未来的需求。
长波长红外 (LWIR) 成像可以在完全黑暗的环境中以及透过烟雾和雾气进行观察。然而，利用长波红外的传统系统使用笨重的折射透镜。这些笨重的镜头通常由昂贵的材料(例如锗)制成，阻碍了广泛采用。
最近的一项研究有望通过超光学技术提供更薄且性能更优越的镜片解决方案。
元光学：重新定义可能性
超光学有望通过利用称为超表面的工程表面来解决传统镜头的一些局限性。这些超表面由微小纳米柱阵列组成。每个柱子都会给穿过的光带来局部相移。
科学家可以通过仔细排列这些纳米柱来控制光与表面的相互作用。这种操作使他们能够以传统光学系统厚度的一小部分实现类似于传统光学系统的结果。
虽然元光学在理论上听起来很有前景，但它们也面临着挑战。色差非常普遍，尤其是在长波红外应用中。这促使研究人员探索元光学设计的新途径，并寻找适合长波红外成像的解决方案。
MTF工程
华盛顿大学的一组研究人员推出了一种名为“MTF 工程”的新颖设计框架。MTF(调制传递函数)描述了镜头保持图像对比度的能力，作为空间频率的函数。
在 Arka Majumdar 副教授的领导下，该团队的方法旨在解决与宽带元光学相关的挑战，并在实验室和现实环境中展示利用该技术的热成像。
通过绘制柱的形状和相位，研究人员可以快速优化包含数百万个此类柱的大面积光学器件。此外，他们还利用自己的专业知识来定义直观的功绩图(FoM)。这个FoM解释了为什么产生的结果是最优的。
Majumdar在一份声明中解释道：“优值与MTF曲线下的面积有关。”。“这里的想法是通过镜头传递尽可能多的信息，这些信息在MTF中被捕获。然后，与光计算后端相结合，我们可以获得高质量的图像。”
该团队用一块硅片制作了他们的设计。虽然还有改进的空间，但他们认为他们的设计是朝着无锗LWIR成像系统的商业应用迈出的一步。
社区知识
这项研究的意义超出了实验室。该团队已经通过GitHub在线免费提供了他们的MTF工程框架“metabox”。这一开放获取举措将使世界各地的研究人员能够设计他们的元光学器件。
研究小组的研究结果发表在《自然通讯》杂志上。
