从智能手机相机到用于天文学和生物医学的复杂精密成像工具，越来越紧凑的光学成像系统的发展 ，通常归结为尺寸、图像质量和成本之间的平衡。实现更清晰的图像通常意味着添加笨重的光学元件，或者集成高效但可能需要昂贵的波前整形组件，例如空间光调制器（SLM）或可变形镜。

来自西班牙研究所和法国巴黎视觉研究所的研究团队提出的“SmartLens”（智能透镜）概念，使用微型嵌入式电子微加热器来改变薄聚合物内的局部折射率，从而实现定制波前整形。

西班牙和法国的研究人员最近设计了一种非常独特的可调波前控制替代方案。该替代方案涉及嵌入电微加热器的薄透镜，可局部改变透镜的折射率并实现光学波前的即时自由调整。研究人员认为，该装置的阵列 - 该团队称之为SmartLens（智能透镜）--可以“整合到各种各样的光学仪器中”，例如显微镜，以动态校正像差。

波前整形的很多方法

过去几十年的自适应光学革命主要依赖于两个核心波前整形工具，SLM（空间光调制器）和可变形镜。尽管这些工具非常出色，但它们都有缺点。SLM价格昂贵且对偏振和波长敏感，这限制了它们在某些成像应用中的使用。可变形镜制造复杂且成本高。

波前整形的另一种方法在于宽带可调谐透镜，其已经经历了近期的大量开发并且可以做到非常紧凑且成本较低。这种透镜通常通过机电制动器进行压力调节或将一些其他模式施加到透镜上形成某种机械变形或形状变化。然而，这些形状变化方法不允许对微尺度进行非常精细的控制，这使得它们主要用于相对简单的球面波前调整。

利用海市蜃楼效应

由西班牙ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques的OSA成员Romain Quidant领导的新工作背后的研究人员包括ICFO的同事、法国SorbonneUniversité的Institut de la Vision合作伙伴，他们认为不是调整镜片的形状，而是通过调整折射率来实现更好的控制。一种简单可行的方法是使用局部温度变化来诱导相同类型的局部折射率变化，这种变化可以形成在热路面上可见的波浪“海市蜃楼”效应。

该团队的方法始于薄透明的热响应聚合物聚二甲基硅氧烷（PDMS）。在PDMS板的底部，嵌入并连接到可调电源螺旋盘绕的电阻微丝，其直径范围从几十到几百微米。线圈中的焦耳加热致使周围聚合物的温度变化；反过来，这些变化局部地调节折射率 – 理论上不需要机械改变透镜就可以实现精确的波前整形。

遗传算法

虽然原理简单，但该方法在实践中存在很大障碍：确定电线圈的精确配置和尺寸，以产生想要的波前形状。为了清除这个障碍，团队坐在电脑前解决了这个问题。研究人员首先确定了通过电加热镜头产生的所需波前。然后，他们使用了一种所谓的遗传算法 - 一种计算方法，其运作方式类似于进化生物学中的自然选择 - 以获得能够完成工作的微线圈设计。

遗传算法从最初的随机电阻器配置开始。然后，它使用电热光学模型来评估每种配置的“适应度”，以产生所需的波前，并选择最合适的解决方案，为另一轮测试产生新的设计系列。经过60次左右的迭代后，系统“演变”为一个解决方案，开发出可以产生所需的特定电阻器形状和尺寸。

自由形式的可能性

使用这种方法，该团队设计了PDMS层和金微丝的各种SmartLens（智能透镜）原型，并展示了它们生成多个复杂波前形状的能力。研究人员还表明，这些镜片具有低散射特性 - 与大块玻璃镜片相当。该团队设计了一个由25个不同的热微透镜组成的正方形阵列，以展示使用相同可调微透镜阵列在不同距离重新聚焦物体的能力。

该研究小组认为，其热控微透镜阵列可嵌入光学仪器（如显微镜物镜）中，以便动态控制大多数光学像差。

研究人员认为，这种阵列，以及比简单螺旋更复杂的微加热器设计的使用，开辟了使用该系统开发复杂的自由光学整形的前景。他们设想的一种可能性是一系列SmartLenses，每种都被设计用于校正特定类型的缺陷，可以成为一个标准的显微镜物镜，以实现“大多数像差的动态校正。在作者看来，”数十到数百个元素的更大阵列，在用于自适应光学方面，可能“与标准可变形镜竞争或超越标准可变形镜”。该团队还指出，热可调微透镜的制造成本低廉且可扩展，功耗低于100 mW。团队负责人Quidant在研究报告的新闻稿中指出，这些特性可能使该系统具有“应用于高端技术系统以及面向终端用户的简单成像设备”的潜力。