编译/VR陀螺

韩国浦项科技大学（POSTECH）研究团队近日宣布，在超透镜 (Metalens) 领域取得新进展，并在《Nature Communications》发表相关研究成果。该技术有望解决超透镜商业化过程中面临的两大挑战，分别是高光学性能与规模化制造。

据了解，超透镜是一种基于纳米结构设计的超薄透镜，通过密集排列的纳米单元（Meta-atoms）调控光线传播路径。相比传统由多片玻璃透镜组成的光学系统，超透镜能够在单一平面光学元件中实现类似功能，因此被认为是下一代轻薄型AR眼镜、VR头显以及微型成像设备的重要技术方向。

不过，超透镜的大规模应用仍面临消色差难题，即如何让红、绿、蓝（RGB）不同波长的光线同时聚焦于同一点，避免出现色彩模糊。同时，传统高性能超透镜通常依赖高折射率材料，而低折射率材料虽然成本更低、更适合量产，但难以实现高质量全彩成像。

针对这一问题，POSTECH团队提出了一种新的设计方法：通过调节构成超透镜的纳米柱（Nanopillars）高度，将高度作为新的光学调控维度。

此前，超透镜设计主要依靠调整纳米结构的横向尺寸控制光线，而研究团队进一步引入垂直方向的高度变化，使不同高度的纳米柱能够精准控制RGB光线聚焦位置。

在第一项研究中，团队利用双光子光刻技术制造复杂三维纳米柱结构，并建立纳米结构数据库，通过逆向设计算法自动选择适用于超透镜不同区域的最佳结构。最终，研究人员基于低折射率材料实现了全彩消色差超透镜，并通过与OLED显示屏结合实验，验证了清晰彩色成像效果。

除了提升光学性能，团队还针对超透镜量产问题展开研究。在第二项研究中，研究人员利用灰度电子束光刻技术制造具有高度编码能力的纳米模板，并结合纳米压印光刻（Nanoimprint Lithography，NIL）实现批量复制。

传统纳米压印通常只能复制相同高度的纳米结构，而该技术能够一次性复制具有不同高度的三维纳米结构，在提升光学性能的同时，也增强了制造可扩展性。

POSTECH研究团队表示，两项研究分别从性能优化和制造工艺两个方向推进超透镜商业化进程，未来相关技术不仅可应用于更轻、更薄的AR眼镜和下一代显示设备，也有望拓展至成像系统、光学传感器等领域。

随着AR眼镜向更小体积、更低重量方向发展，光学系统正在成为限制设备形态的重要因素。超透镜凭借超薄结构、高集成潜力以及量产可能性，或将成为未来XR设备光学方案的重要技术路线之一。

来源：phys.org