近日，我室在紧凑型中波-长波红外双波段宽带消色差成像技术方面取得新进展，研究成果发表在光学领域期刊《Chinese Optics Letters》上。论文具体信息为“MWIR-LWIR dual-band imaging system with hybrid refractive-diffractive-metasurface optics for spatially separated focal planes, Chinese Optics Letters 23(8), 081105 2025”。宁波大学光电信息工程专业本科生钱志昂为论文第一作者，王炳霞副研究员和沈祥研究员为本文共同通讯作者，宁波大学为唯一通讯单位。

       超构透镜作为一种基于超构表面的平面光学器件，具备小型化、轻量化、高集成度及多功能调控等优势，被认为是光学成像领域具有革命潜力的前沿技术。传统红外双波段成像系统多采用折射式透镜组或折射-衍射混合元件，往往面临系统体积庞大、结构复杂与重量显著增加的局限。针对这一问题，本研究创新性地提出了一种融合折射、衍射与超构表面技术的混合光学架构，实现了高性能、轻量化的中-长波红外双波段消色差成像。

       本工作将超构表面元件成功引入双波段成像系统，分别在3–5 μm（中波红外）与8–12 μm（长波红外）光谱范围内实现了宽带消色差聚焦与高像质成像，如图1所示。根据粒子群优化（PSO）算法设计超构表面，如图2所示。通过计算不同视场下的点扩散函数阵列，并将其与真实双波段场景图像进行卷积，获得了混合光学系统在中波与长波宽波段下的成像结果，分别展示于图3与图4。为进一步提升图像质量，本研究在StableSR框架中引入低秩自适应微调技术进行深度学习图像增强。处理后图像的平均峰值信噪比、结构相似性指数与学习感知图像块相似度均得到显著改善，有效恢复了图像的细节信息，如图5所示。

       该研究通过协同利用超构表面的色散调控能力、衍射元件的相位自由度以及传统折射光学的成熟优势，为双波段红外成像系统的发展提供了一种新颖的设计范式。所提方案兼具优异的光谱区分能力、系统紧凑性与轻量化特点，在高性能多光谱探测、遥感及机器视觉等领域展现出广阔的应用前景。

       该研究工作得到了国家自然科学基金联合基金项目、浙江省自然科学基金等项目的资助。文章链接：https://doi.org/10.3788/COL202523.081105

图 1  基于折射-衍射-超构表面混合光学的中-长波双波段宽带消色差成像设计

图 2  基于PSO算法的超构表面版图设计

图 3  红外中波段PSF及成像

图 4  红外长波段点PSF及成像

图 5   图像增强后的中波和长波成像