超表面透镜技术新突破：快速绘制各种光学效果图案，解决高挑战性光学设计

研究人员已经为微米级的小型光学元件开发出用于搜索潜在像素图案的计算机程序。这种微小的、精确的结构可支持微型激光器捕获和引导光线。根据组件中的每一个像素，所述的计算机程序可以通过求解麦克斯韦方程式（一组描述光线散射的基本方程式）来搜索精确的图案，然后逐像素地调整图案，直到结构能够产生所需的光学效果。

但Johnson指出，对于毫米级或厘米级的大尺寸表面而言，逐像素的模拟任务几乎不可能实现。因为计算机面对的是数个量级的像素增加，而且为了达到最优的图案，计算机同时需要为多种潜在的像素排列运行多个模拟。

他表示：“要捕捉完整的结构，你必须以足够大的尺度进行模拟，但要捕捉精细的细节，你又必须以足够小的尺度进行模拟。如果你直捣黄龙，这样的组合确实会产生巨大的计算问题。如果拥有地球最大的超级计算机，并且拥有足够的时间，你可以模拟其中一种图案。但这不太现实。”

2. 一次攀山之旅

研究团队构思了一种可以有效为大尺寸表面模拟理想像素图案的快捷方式。研究人员不必为每平方厘米材料中的每个纳米尺寸像素求解麦克斯韦方程，只是为像素“块”求解方程式即可。

他们研发的计算机模拟首先对一平方厘米进行随机蚀刻。研究人员将表面划分为像素组或像素块，并使用麦克斯韦方程来预测每个像素块将如何散射光线。然后，他们近似地拼合像素块，从而确定光线是如何在整个随机蚀刻的表面进行散射。