在光學成像領域，鏡頭的發展一直備受關注。幾個世紀以來，傳統鏡頭依靠有曲率的玻璃或塑料來聚焦圖像，其原理雖經典，但隨著科技發展，弊端逐漸凸顯——光焦度增加時，鏡頭會變得更重更厚。對于普通相機和望遠鏡而言，鏡頭體積問題或許尚可接受，可對于需要聚焦遙遠星系光線的大型望遠鏡，大而重的鏡頭不僅增加成本，且效率低下，這使得天文臺和太空望遠鏡更多地依賴大型曲面反射鏡來聚焦光線。

    長期以來，研究人員不斷探索讓鏡頭更輕且不犧牲性能的方法。盡管出現過一些小型替代品，卻因生產難度大、成本高、產能有限等問題，難以廣泛應用。就在這一困境中，猶他大學工程學教授RajeshMenon和普萊斯工程學院的同事們取得了重大突破，相關研究成果發表在《Applied Physics Letters》上。

    他們開發出一種新型聚合物平面透鏡——多能級衍射透鏡（MDL）。這款透鏡直徑達100mm，厚度卻僅有2.4μm，焦距為200mm，并且針對400-800nm波長范圍進行了優化。MDL運用逆向設計方法和灰度光刻技術，成功實現消色差聚焦，這一性能通過高光譜點擴散函數（PSF）得到驗證。

    在成像實驗中，MDL表現出色，能夠分辨高達181lp/mm的空間頻率。研究人員用它捕獲月球、太陽和遙遠地球場景的高質量全彩圖像，彩色增強的月球圖像清晰揭示了關鍵地質特征，太陽成像則精準確定了可見的太陽黑子。不僅如此，MDL與折射消色差透鏡集成形成混合望遠鏡，顯著減輕了機載和天基成像應用的重量，展現出在天文攝影和其他遠程成像任務中，作為傳統折射系統輕型替代品的巨大潛力。

    研究的關鍵在于，團隊成功在襯底上創建微觀小的同心環。與僅針對單個波長調諧的FZP不同，MDL平面透鏡壓痕的大小和間距經過巧妙設計，使光的衍射波長足夠接近，從而產生全彩、清晰的圖像。不過，模擬這些鏡頭在從可見光到近紅外的大帶寬上的性能，面臨著復雜計算問題，需要處理龐大的數據集。優化鏡頭微觀結構設計后，制造過程對過程控制和環境穩定性要求極為嚴格。

    電氣與計算機工程系的研究助理教授ApratimMajumder領導了這項研究，研究得到了國防高級研究計劃局（DARPA）、海軍研究辦公室和美國宇航局的支持。這一成果對天文學以及多個行業意義重大，有望為光學成像領域帶來全新變革，推動相關技術邁向新高度。