当传统光学设备因功能单一无法同时捕捉目标轮廓与光谱特征时，如何让一枚硬币大小的镜头既“看得广”又“辨得清”？我国科研团队在《Engineering》期刊发布突破性成果，其研发的「电控可调超表面微型元光学系统」通过“光学乐高”式结构重组，首次在8-14微米波段实现宽角度成像（27.8线对/毫米）与偏振光谱检测（80纳米分辨率）双模式自由切换，为军事反伪装、医疗成像等领域按下“全能键”。

从“单反相机”到“变形金刚”：超表面破解光学功能僵局
传统光学系统依赖不同曲面透镜组合，如同用多个单反镜头拼凑功能，导致设备笨重且响应迟缓。研究团队提出“超表面”（由亚波长结构组成的超薄平面光学元件），通过电控调节两层悬链线状超表面的角度，实现光波传输模式的动态切换。论文数据显示，该技术将成像与光谱功能的硬件体积压缩50%，视场角扩展至70度，相当于用手机镜头完成专业天文望远镜的广角观测任务。

“双模瞬切”黑科技：5秒识别伪装目标
技术核心在于「非衍射传输」与「频率-自旋依赖衍射」的智能切换。在模拟战场环境中，当无人机群释放红外干扰弹时，系统通过多智能体强化学习算法（MARL）在5秒内完成模式切换：成像模式快速勾勒目标轮廓，光谱模式则通过分析左旋/右旋圆偏振光（LCP/RCP）的“光学指纹”锁定真目标。实验显示，伪装目标的识别准确率从78%跃升至94%，相当于在万人演唱会中瞬间定位走调的音符。

隐忧浮现：纳米级误差或致“光学指纹”失效
技术突破仍存瓶颈。论文指出，超表面加工误差可能导致光谱检测出现30纳米偏差，相当于指纹识别误将双胞胎判定为同一人。团队负责人坦言：“当前加工精度仅支持85%的衍射效率，部分能量损耗可能影响极端环境下的可靠性。”为此，团队正研发“自校准超表面”，目标将容错率提升至98%。

民用潜力：胃镜胶囊可嵌入早期癌症筛查
以我国每年400万例胃癌筛查需求测算，该技术可将内窥镜体积缩小至胶囊级别，通过宽角度成像捕捉病灶轮廓，同时利用光谱分析识别癌变组织的光学特征。目前原型设备已实现12微米精度的离体组织检测，未来或可替代部分病理切片流程。更关键的是，系统支持-20℃至60℃环境工作，为极地科考、深海探测提供轻量化检测方案。

正如论文通讯作者所述：“当光学系统能像变色龙一样自适应环境，探测技术将步入‘无形之境’。”这项突破不仅重新定义光学仪器的功能边界，更为AI辅助诊断、智能安防提供了硬件基石。

来源: Engineering