超薄金属透镜革新红外传感器性能，助力火灾与威胁监测
在中波红外（MWIR）波段（3至5微米），一种创新的微透镜技术正推动热源检测能力的显著提升，尤其适用于火灾预警和安全威胁识别。这项技术的核心在于使用超表面光学结构，实现了在不依赖低温冷却系统的前提下，对热辐射信号的高精度捕获。
研究团队开发了一种微米级平面超透镜，其结构由单层纳米柱阵列组成，可将红外光聚焦至探测器像素上。该设计有效减少了传统光学系统中常见的图像模糊和信号溢出问题，同时提高了系统整体的信噪比。
该技术通过电磁建模优化了纳米柱的排列与尺寸，使单层薄膜具备类似数百万微透镜的聚焦能力。相比传统球面透镜，这种“金属透镜”在焦距为9微米、波长为4.25微米的条件下，展现出优异的对焦效率和热信号采集性能。
项目首席研究员、来自澳大利亚国立大学与ARC变革性超光学系统卓越中心（TMOS）的图奥马斯·哈格伦博士指出，这一工程突破不仅在理论上具备创新价值，更在实际部署中具有广泛适用性。他强调，这种结构紧凑、能耗低的传感器系统，有望直接集成于现有电信基站，实现对大面积森林区域的实时热成像监测。
“这是一项面向现实问题的创新，”哈格伦博士表示，“它利用单层金属结构模拟了复杂光学系统的行为，并且具备规模化生产的潜力，从而直接提升现有热成像系统的能力。”
西澳大学（UWA）和TMOS的研究员潘文武博士也指出，该技术在火灾监测方面的应用具有战略意义。“我们的方案解决了低成本、可扩展的热点检测技术缺口，同时为军事和安防领域提供了低功耗、高可靠性的传感器平台。”
与传统红外传感器相比，该系统具备三个显著优势：一是支持昼夜无差别热成像，二是无需冷却装置，从而降低能耗并增强现场部署的灵活性；三是支持高帧率数据采集，便于快速响应突发事件。
在工程实现层面，团队采用了先进的微纳加工技术，将超表面结构直接集成在探测器堆栈内部。这种“晶圆级”制造方法不仅提升了光学效率，还为大规模生产提供了坚实基础。
“这种平面超表面器件为光学成像开辟了新的可能性，”TMOS副教授吉尔伯托·乌马纳-门布雷诺表示，“它不仅能够聚焦红外光，还能对光的偏振、相位和波长进行精准操控，从而支持更复杂的功能扩展。”
除火灾监测外，该红外传感器技术在多个高价值领域具有应用潜力，包括遥感、夜视设备、国家安全、气象观测、天文学成像、医学光谱分析等。
团队的研究成果发表于《电子材料杂志》（Journal of Electronic Materials），论文标题为《Metalens阵列设计与模拟以提升MWIR成像阵列性能》。文章详细介绍了金属透镜在中波红外成像中的优化设计方法，并展示了其在热信号采集与噪声控制方面的优异表现。
该研究得到了澳大利亚研究理事会（ARC）变革性超光学系统卓越中心的大力支持，为未来红外光学传感器的发展提供了重要的理论与工程指导。