作者：石峰
据DARPA网站2021年10月26日刊文，美国国防高级研究计划局（DARPA）表示，基于其“极限”（EXTREME）光学与成像项目开发的新型光学材料能够为美国政府/军方成像系统提供新的能力支撑。同时，DARPA与美国国家地理空间情报局（NGA）和美国空军研究实验室（AFRL）积极合作，有效实现了从基础研究到实用化下一代技术的快速转化，支撑了美军先进战力的快速实现。
EXTREME作为DARPA国防科学办公室的一项基础研究计划，成功利用工程光学材料/超材料开发了新的光学元件、设备、系统、架构和设计工具等。
从工作原理上来看，超材料是由比工作波长小得多的单元组成的，可以对光进行多种操纵。早期应用超材料设计/建造的多功能元件，具有打破标准反射/折射“定律”的能力。但这种元件效率受限，且尺寸小于一毫米，难以实现光学系统集成应用。于2016年启动的EXTREME项目开发了厘米级超材料光学器件和相关设计工具，能够显著提高超材料透镜（超材料光学器件/metaoptics）的效率，使其孔径扩大到厘米级，研发了减少像差对光学系统影响的方法，探索了光学系统布局和尺寸、重量和功率（SWaP）之间的平衡（使传统光学系统SWaP特性得到根本性改善），并能实现单透镜多成像应用。
2018年，DARPA与NGA合作，将超材料光学器件概念推广应用到无人航空系统平台（即NGA Metalenses计划）中。NGA Metalenses计划由美国空军研究实验室（AFRL）资助实施了厘米级超材料光学器件的开发和表征，使其整合到完整的成像系统中；由美国海军研究实验室资助实施了3D立体超材料光学成像能力；由桑迪亚国家实验室资助实施了大型metalens建模和优化，通过应用桑迪亚国家实验室的MIRAGE工具，基于对称性提升了metalens性能。
目前，DARPA正在实施EXTREME技术成果向AFRL颠覆性能力计划（SDCP）的转化。AFRL与工业界积极合作，重点在集成小型化光电/红外（EO/IR）系统（ICES）、XQ-58“女武神”试验型隐形无人作战飞机、空射无人机系统（ALOBO）等多个SDCP项目实现EXTREME技术应用。
在ICES系统应用中，通过引入EXTREME技术成果，能够在无人机这类具有严格体积/重量限制要求的平台上，实现多传感器部署，如部署小型化Metalenses和平面光学传感器，提升平台EO/IR能力。
目前，AFRL正基于EXTREME技术实现XQ-58和ALOBO两型平台EO/IR系统改进。对于XQ-58平台，AFRL拟缩小现有传感器体积，配装额外传感器。对于ALOBO平台，AFRL拟改进管状发射万向节系统，在维持现有性能的同时将SWaP降低10倍，或者在现有SWaP要求下将传感器分辨率提升4倍。
未来，通过进一步推广应用DARPA EXTREME项目成果，美军能够迅速应用实现光学领域的新技术，提升成像系统性能，满足未来作战应用新需求。
来源：航空简报
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