与传统体材料光学透镜相比，平面衍射透镜具有加工制备简单、体积轻薄、便于集成等显著优势。同时，基于衍射效应的光学聚焦机制为实现灵活的光场调控提供了便利。近年来，在光学超振荡理论的指引下，基于平面透镜的远场超衍射极限光场调控及其应用得到人们的广泛关注。超临界透镜在实现超衍射极限聚焦的同时能有效控制聚焦旁瓣和焦深，成为平面超衍射透镜的重要研究方向之一。
据麦姆斯咨询报道，近日，暨南大学光子技术研究院科研人员在《光子学报》发表了题为“超临界透镜的超衍射极限光场调控研究进展”的综述文章，总结了平面超临界透镜近年来的研究进展，简述了超临界透镜的原理和设计方法，对构建超临界透镜的几种光场调控类型及其应用进行了介绍，并对该领域的未来发展作了展望。
超临界透镜是指代焦斑尺寸趋近于超振荡判据（0.38λ/NA），并具有大于传统透镜的聚焦焦深（2λ/NA2）而能够形成光针效应的平面衍射透镜。满足该设计思想的透镜能最大限度的平衡焦斑尺寸和能量利用效率之间的相互制约关系，有利于实际应用。
超振荡判据概念示意图，瑞利判据（黑色）和超振荡判据（白色）将聚焦光斑尺寸分为三个区域：亚分辨（橙色）、超分辨（青色）和超振荡（深蓝色）；插图为各个区域所对应的典型光斑强度分布
该文章分析了超临界透镜的设计方法以及构建超临界透镜的几种光场调控类型。超临界透镜本质上是一种经过精细设计的衍射光学元件，其结构设计过程常用的方法主要包括优化算法（optimization algorithms）和免优化算法（optimization-free algorithms）两类。由于超临界透镜是一种基于纯光场调控方式来实现远场超衍射极限聚焦的光学透镜，其透镜结构和光场调控方式主要包括二元振幅构型、二元相位构型和多级相位构型等。
二元振幅构型超临界透镜产生超衍射极限光针光场
超临界透镜阵列形成远场超衍射极限阵列焦斑
该文章进一步分析了超临界透镜的典型应用。与超振荡透镜相比，超临界透镜具有温和的旁瓣强度和次级衍射焦斑强度，焦斑在整个焦场区域内占主导地位，结合其微米级特征尺寸的结构设计所带来的加工制造优势，使其在光学显微成像、全息光存储技术、精密光学加工、超分辨光学望远镜、光学微操纵以及半导体检测等领域有重要的应用价值。
基于超临界透镜的无标记光学超分辨显微成像
利用超临界光学聚焦实现超分辨磁化点
最后，科研人员总结分析了平面超临界透镜未来值得深入探索研究的方向，主要包括：从提高透镜口径和聚焦效率两方面入手，提高聚焦光斑强度；开发新的设计方法，有效消除平面超临界透镜的像差；探索在光学微操控和激光精密加工制造等领域的应用，进一步拓展超临界透镜的应用潜力。
延伸阅读：
《光学和射频领域的超构材料和超构表面-2022版》
