超構透鏡作為光學技術領域的一項革命性進展，利用納米級結構在亞波長尺度上操控光線。與傳統顯微鏡依賴曲面玻璃鏡片不同，超構透鏡具有超薄、輕質、平面化等特點，能夠突破傳統鏡片的體積與重量限制，被認為是集成于電子設備及緊湊型成像系統的理想選擇。
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就在近日，香港城市大學陳沐谷助理教授與上海交通大學施圣賢教授、齊飛教授聯合提出一種基于超構透鏡的數字圖像相關技術(Meta-lens DIC)，拓展了DIC技術和光學超材料技術的應用潛力，為DIC技術的小型化等方面的應用研究提供了新的思路。
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數字圖像相關技術(Digital image correlation, DIC)作為實驗固體力學領域的經典光學診斷手段，已在生物醫學、建筑工程、航空航天等眾多科學研究與工程應用中得到廣泛采用。該技術通過在待測表面制備隨機散斑圖案(或利用其自然紋理)，并利用相機在不同加載條件下記錄散斑圖像，結合相關算法分析圖像變化，從而能夠定量獲取全場位移與應變分布。
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隨著相機及成像組件數量的增加，DIC系統往往變得更加笨重、脆弱，難以在空間受限或惡劣環境中高效部署，而更適合在受控的實驗室條件下使用。傳統鏡頭組及光學元件固有的體積與重量限制了 DIC系統的小型化進程，這也促使研究者積極探索新型光學方案，以突破這一瓶頸。
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針對上述問題，香港城市大學陳沐谷助理教授與上海交通大學施圣賢教授、齊飛教授聯合提出一種基于超構透鏡的數字圖像相關技術(Meta-lens DIC)，該研究嘗試將先進光學超材料與傳統DIC技術融合，使用集成有一片超薄且超輕的雙目超構透鏡的單個相機拍攝高質量的散斑圖像，獲取待測表面的三維位移和應變場，探索驗證Meta-lens DIC技術。
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超構透鏡是一種先進的平面光學元件，由人工制造的納米單元陣列組成。作為一種新型光學超材料，超構透鏡可以精準操控光的波前，具備超薄、緊湊和無球差的特點，非常適合在有限空間內使用，有望替代傳統的光學成像系統。
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實驗證明，在相同測量精度的前提下，更便攜、更小型化的測量系統具有顯著優勢，可為用戶提供更靈活、便捷的測試方案。
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為評估系統的性能，研究團隊開展了經典的平面內和平面外位移測試、橡膠塊壓縮試驗，其測得的應變場相對誤差仍保持在約1%的可接受范圍內。直升機旋翼模型彎曲實驗：能夠通過單個雙目超構透鏡相機提供可靠且詳細的三維位移場和應變場。
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這項研究將先進微納光學技術與傳統表面應變測量技術相結合，使傳統的固體力學測試工具煥發新的活力，并針對便攜易用、受限空間等測量場景，拓展了DIC技術和光學超材料技術的應用潛力，為DIC技術的小型化等方面的應用研究提供了新的思路。
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素材來源：“光電期刊”公眾號
