检查非局部宽视场超透镜的局限性

超透镜，由超表面制成的紧凑型透镜，有可能使成像系统更薄、更轻、更便宜和更好，适用于小型化至关重要的广泛应用(例如，移动设备、医学成像和增强现实)。

在紧凑的尺寸内实现足够的角视野(FOV)对于这些应用至关重要。具有双曲线相位分布的单层亚波长厚超曲面可以将法向入射光聚焦到衍射极限点，但在倾斜照明下会出现强烈的像差，这严重限制了角度FOV。

为了在保持衍射极限聚焦质量的同时实现宽FOV，可以使用超表面二重态或三重态、添加孔径光阑或诉诸反向设计的多层结构。所有这些方法都涉及更厚的系统，其中厚度起着关键作用。

这些指向科学和技术上的重要问题：FOV和超透镜系统(或一般透镜)的厚度之间是否存在基本权衡?如果是这样，物理定律允许的最小厚度是多少?

在Light:Science&Applications上发表的一篇新论文中，来自南加州大学MingHsieh电气与计算机工程系的研究人员使用传输矩阵框架建立了角度多样性与空间足迹之间的关系，并将其应用于宽视场超透镜。

这些科学家介绍了建立厚度界限的程序：

“直观地说，给定较厚的设备，入射光在到达另一侧时会由于衍射而扩散得更多。因此，我们可以将设备厚度与传输矩阵中编码的这种横向扩散联系起来。这种横向扩散也与角度FOV，因为角度和空间通过傅里叶变换相关。”

“时频类比是，当脉冲通过色散介质传播时，增加光谱带宽会使输入脉冲更短，但在传播过程中会有更多的脉冲展宽，因为输出光谱相位在更大的带宽上未对齐。这里，具有大角视场具有较宽的角带宽，因此通过它传播的局部波必须传播并变得不那么局部化。”

“我们可以使用传输矩阵量化这种横向扩散，然后建立FOV和器件厚度之间的关系。”

“配方是通用的。给定任何所需的角度相关响应，我们可以写下它的传输矩阵，确定局部入射波的横向传播，我们从中确定最小设备厚度。这种方法适用于不同的设计，例如单一层超表面、级联超表面、衍射透镜、块状超材料和厚体积结构，”他们评论道。