仪器仪表学报

作者：李雪岩，于浩文，陈玉玺

单位：李雪岩,浙江理工大学激光精密测量技术实验室杭州310018,xueyanli8023@zstu.edu.cn,于浩文,浙江理工大学激光精密测量技术实验室杭州310018,,陈玉玺,浙江理工大学激光精密测量技术实验室杭州310018,

关键词：氧化石墨烯;超平面透镜;多波长色散调控;逆向设计;改进遗传算法

基金：浙江省自然科学基金委（LQ23F050014）、国家自然科学基金（62405282）项目资助

纳米光学成像技术是现代光学成像系统和光学测量系统的主要手段之一，但是传统宽波段消色差超透镜随着工作波长数量的增加而引入的单元结构复杂度骤增、成像效率降低、聚焦分辨力降低等问题，限制了高性能、集成化微型光学系统的发展。氧化石墨烯是一种具有高折射率和高透射率的二维材料，通过激光直写技术将氧化石墨烯的特定区域热还原为还原氧化石墨烯，其材料的光学性能发生改变，因此可以制作成氧化石墨烯超薄平面透镜。针对氧化石墨烯透镜的离散波长色散问题，提出了一种基于改进遗传算法的氧化石墨烯透镜逆向设计方法。通过设置遗传算法的优化目标，引入目标函数的惩罚因子，对透镜结构进行目标性优化，可以设计出能够对离散波长进行单一焦点等强度聚焦的氧化石墨烯透镜。使用真空过滤法和飞秒激光直写技术加工了所设计的氧化石墨烯透镜(厚度约200nm)，并对其聚焦特性进行了表征。实验结果表明，该透镜可对450、550以及650nm入射波长进行出色的色散调控，与预设焦距的最大偏差仅为2.23%。该透镜对工作波长的焦点平均径向半峰全宽为324.3nm，可以达到超衍射极限聚焦。该设计方法为需要高分辨率、宽波段色散控制的微型光学系统提供了新的可能。

来源：2025年第4期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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