超構(gòu)透鏡作為光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)革命性進(jìn)展，利用納米級(jí)結(jié)構(gòu)在亞波長尺度上操控光線。與傳統(tǒng)顯微鏡依賴曲面玻璃鏡片不同，超構(gòu)透鏡具有超薄、輕質(zhì)、平面化等特點(diǎn)，能夠突破傳統(tǒng)鏡片的體積與重量限制，被認(rèn)為是集成于電子設(shè)備及緊湊型成像系統(tǒng)的理想選擇。
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　　就在近日，香港城市大學(xué)陳沐谷助理教授與上海交通大學(xué)施圣賢教授、齊飛教授聯(lián)合提出一種基于超構(gòu)透鏡的數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)(Meta-lens DIC)，拓展了DIC技術(shù)和光學(xué)超材料技術(shù)的應(yīng)用潛力，為DIC技術(shù)的小型化等方面的應(yīng)用研究提供了新的思路。
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　　數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)(Digital image correlation, DIC)作為實(shí)驗(yàn)固體力學(xué)領(lǐng)域的經(jīng)典光學(xué)診斷手段，已在生物醫(yī)學(xué)、建筑工程、航空航天等眾多科學(xué)研究與工程應(yīng)用中得到廣泛采用。該技術(shù)通過在待測表面制備隨機(jī)散斑圖案(或利用其自然紋理)，并利用相機(jī)在不同加載條件下記錄散斑圖像，結(jié)合相關(guān)算法分析圖像變化，從而能夠定量獲取全場位移與應(yīng)變分布。
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　　隨著相機(jī)及成像組件數(shù)量的增加，DIC系統(tǒng)往往變得更加笨重、脆弱，難以在空間受限或惡劣環(huán)境中高效部署，而更適合在受控的實(shí)驗(yàn)室條件下使用。傳統(tǒng)鏡頭組及光學(xué)元件固有的體積與重量限制了 DIC系統(tǒng)的小型化進(jìn)程，這也促使研究者積極探索新型光學(xué)方案，以突破這一瓶頸。
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　　針對(duì)上述問題，香港城市大學(xué)陳沐谷助理教授與上海交通大學(xué)施圣賢教授、齊飛教授聯(lián)合提出一種基于超構(gòu)透鏡的數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)(Meta-lens DIC)，該研究嘗試將先進(jìn)光學(xué)超材料與傳統(tǒng)DIC技術(shù)融合，使用集成有一片超薄且超輕的雙目超構(gòu)透鏡的單個(gè)相機(jī)拍攝高質(zhì)量的散斑圖像，獲取待測表面的三維位移和應(yīng)變場，探索驗(yàn)證Meta-lens DIC技術(shù)。
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　　超構(gòu)透鏡是一種先進(jìn)的平面光學(xué)元件，由人工制造的納米單元陣列組成。作為一種新型光學(xué)超材料，超構(gòu)透鏡可以精準(zhǔn)操控光的波前，具備超薄、緊湊和無球差的特點(diǎn)，非常適合在有限空間內(nèi)使用，有望替代傳統(tǒng)的光學(xué)成像系統(tǒng)。
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　　實(shí)驗(yàn)證明，在相同測量精度的前提下，更便攜、更小型化的測量系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢，可為用戶提供更靈活、便捷的測試方案。
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　　為評(píng)估系統(tǒng)的性能，研究團(tuán)隊(duì)開展了經(jīng)典的平面內(nèi)和平面外位移測試、橡膠塊壓縮試驗(yàn)，其測得的應(yīng)變場相對(duì)誤差仍保持在約1%的可接受范圍內(nèi)。直升機(jī)旋翼模型彎曲實(shí)驗(yàn)：能夠通過單個(gè)雙目超構(gòu)透鏡相機(jī)提供可靠且詳細(xì)的三維位移場和應(yīng)變場。
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　　這項(xiàng)研究將先進(jìn)微納光學(xué)技術(shù)與傳統(tǒng)表面應(yīng)變測量技術(shù)相結(jié)合，使傳統(tǒng)的固體力學(xué)測試工具煥發(fā)新的活力，并針對(duì)便攜易用、受限空間等測量場景，拓展了DIC技術(shù)和光學(xué)超材料技術(shù)的應(yīng)用潛力，為DIC技術(shù)的小型化等方面的應(yīng)用研究提供了新的思路。
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　　素材來源：“光電期刊”公眾號(hào)