金属透镜（Metalenz）作为一种革命性的光学元件，利用纳米结构的平面化设计突破了传统曲面透镜的局限，为光学系统带来了前所未有的紧凑性与多功能性。其设计理念基于超表面（metasurface）技术，通过在平面上排列亚波长尺度的纳米天线阵列，精确调控光波的相位、振幅和偏振，实现类似传统透镜的聚焦、成像和光束整形功能。
在平面设计过程中，金属透镜的核心在于纳米结构的几何参数优化，如形状、尺寸和空间分布。例如，通过设计椭圆或矩形纳米柱，可以操纵不同偏振方向的光波；而渐变周期结构则能模拟传统透镜的折射效应。这种设计不仅大幅缩减了光学系统的体积——从厘米级降至微米级，还为集成到智能手机摄像头、医疗内窥镜和AR/VR设备提供了可能。
金属透镜的平面设计优势显著：其一，它消除了传统透镜的球差和色差问题，通过计算优化可实现高分辨率成像；其二，量产兼容半导体工艺，能够以低成本大规模制造；其三，多功能集成能力突出，单一平面器件可同时实现滤波、偏振控制和光束偏折。目前，研究人员已开发出用于3D传感的金属透镜阵列，以及可动态调谐的超表面设计，进一步拓展了其在自动驾驶和量子通信中的应用。
尽管金属透镜设计仍面临带宽限制和效率挑战，但其平面化范式正推动光学领域走向轻量化、智能化的未来。随着计算设计与AI算法的融合，金属透镜有望彻底改变我们感知光的方式，成为下一代光电技术的基石。
