5/17/2022，光纖在線訊，Laser Focus World 5月3日的文章“超透鏡的革命正在進(jìn)行時(shí)”。根據(jù)丹麥NIL科技公司的定義，Meta光學(xué)，或者超透鏡（metalanses），是一種全新的革命性平面透鏡技術(shù)，用于傳感，消費(fèi)，汽車，AR/MR顯示等領(lǐng)域。超透鏡是一種平面透鏡技術(shù)，使用超表面來(lái)實(shí)現(xiàn)光的聚焦。該技術(shù)憑借輕薄性和更好的性能，在2016年被科學(xué)雜志評(píng)為當(dāng)年十大科技突破，2019年被世界經(jīng)濟(jì)論壇將超透鏡列為當(dāng)年的十大新興技術(shù)之一。知乎上有文章定義說(shuō)：“超透鏡是利用人造亞波長(zhǎng)單元結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)介質(zhì)上進(jìn)行波前調(diào)控的光學(xué)器件�！敝锌圃何飿�(gòu)所鮮輝博士的定義是“研究團(tuán)隊(duì)利用相位不連續(xù)性徑向分布的超薄亞波長(zhǎng)間隔V型納米天線組成的超構(gòu)表面的將光進(jìn)行散射，從而可以分別產(chǎn)生電信波長(zhǎng)下的球形波陣面和無(wú)衍射貝塞爾光束。然后研究團(tuán)隊(duì)利用精確控制每個(gè)單元結(jié)構(gòu)來(lái)控制光的相位，從而使光匯聚到一點(diǎn)，即超構(gòu)表面透鏡。超構(gòu)透鏡的特性取決于如何合理設(shè)計(jì)納米單元的排列組合�！�

圖丨哈佛大學(xué)教授 Federico Capasso（中）
超透鏡技術(shù)的發(fā)明者是美國(guó)哈佛大學(xué)（Harvard University）的Federico Capasso教授。2016年，Capasso教授團(tuán)隊(duì)的研究人員展示了首個(gè)在可見光范圍內(nèi)有效工作的超透鏡。他們?cè)O(shè)計(jì)的超透鏡可以將光聚焦到一個(gè)直徑約400nm的點(diǎn)上。與傳統(tǒng)透鏡相比，Capasso的團(tuán)隊(duì)使用了一種薄而扁平的結(jié)構(gòu)，具有多個(gè)波導(dǎo)——類似微小的柱子——由二氧化鈦（TiO2）制成的約600nm長(zhǎng)的特定圖案排列而成，并將這種波導(dǎo)稱為“納米鰭”。

該超透鏡的光學(xué)性能號(hào)稱優(yōu)于目前任何商用透鏡。具體來(lái)說(shuō)，因?yàn)槌�透鏡是扁平（平面）、超薄的，所以不會(huì)產(chǎn)生色差。它們也是無(wú)色的，因?yàn)樗�有波長(zhǎng)的光線幾乎同時(shí)通過。而且最重要的是，超透鏡可以在現(xiàn)有的半導(dǎo)體代工廠大規(guī)模生產(chǎn)。

自那時(shí)以來(lái)，世界各地涌現(xiàn)出一系列超透鏡技術(shù)領(lǐng)域的公司，比如上述丹麥的NIL，還有美國(guó)波士頓的MetalenZ, 華盛頓的Tunoptix，還有中國(guó)深圳的MetalanX等。超透鏡的應(yīng)用從普通相機(jī)到衛(wèi)星通信無(wú)所不在。而商用化方面，NIL已經(jīng)率先宣布量產(chǎn)。NILT在2021年展示的超光學(xué)元件（MOE）的絕對(duì)效率高達(dá)94%，創(chuàng)歷史新高。2022年1月，Metalenz和通快（TRUMPF）聯(lián)合現(xiàn)場(chǎng)演示了基于超透鏡的智能手機(jī)應(yīng)用照明功能，只需要兩個(gè)智能元件即可創(chuàng)建泛光照明和結(jié)構(gòu)光照明的功能：一個(gè)是具有穩(wěn)定、先進(jìn)線性偏振的通快VCSEL；另一個(gè)是在VCSEL上面集成的Metalenz超光學(xué)元件。II-VI公司也在基于同樣的方式將超透鏡用于3D場(chǎng)景構(gòu)建，為消費(fèi)電子產(chǎn)品和汽車應(yīng)用提供了差異化的超緊湊型3D傳感攝像頭。

在超透鏡的制造方面，Heidelberg Instruments/Multiphoton Optics基于Multiphoton Optics的MPO 100激光直接寫入系統(tǒng)，開發(fā)了一種利用雙光子聚合（two-photon polymerization，TPP）技術(shù)制造超透鏡的開創(chuàng)性方法。

圖丨 Capasso實(shí)驗(yàn)室制造的掃描電子顯微鏡下的超透鏡
當(dāng)然，現(xiàn)在超透鏡技術(shù)還遠(yuǎn)不成熟。Laser Focous World的文章從成本，技術(shù)，軟件模擬等多個(gè)領(lǐng)域分析該技術(shù)存在的問題。中科院物構(gòu)所鮮輝博士的文章中提到和液晶技術(shù)的結(jié)合使其變得可重構(gòu)正是該領(lǐng)域一個(gè)重要方向之一。對(duì)此，臺(tái)灣和蓮光電的蔡君偉博士在評(píng)價(jià)超透鏡技術(shù)時(shí)告訴編輯：“他們的基于LCOS液晶空間相位調(diào)制器的透鏡技術(shù)同上述超透鏡在計(jì)算原來(lái)是相同的，但實(shí)際產(chǎn)品特性并不相同。Laser Focus World文章提到的晶圓級(jí)衍射光學(xué)元件或超透鏡，它就是如同一個(gè)透鏡的功能，但可以將尺寸縮小到一個(gè)厘米等級(jí)的規(guī)格，缺點(diǎn)是透鏡參數(shù)是無(wú)法改變的，如焦距5cm的透鏡或是10cm的透鏡，其超透鏡結(jié)構(gòu)就是兩個(gè)完全不同的元件，相較於傳統(tǒng)光學(xué)透鏡而言，它的尺寸是非常小的；然而，我們的空間光調(diào)制器(Spatial Light Modulator, SLM)，基本上它雖然也是採(cǎi)用相同的衍射光學(xué)的計(jì)算方式，進(jìn)而達(dá)到相同的透鏡效果，但不同的是，我們透鏡的參數(shù)可以動(dòng)態(tài)進(jìn)行調(diào)整，在相同的微型面板的尺寸下(~0.55")結(jié)構(gòu)下，僅需載入不同的相位圖案，我們則可任意切換5cm或10cm的透鏡功能，甚至其他光學(xué)配件的功能，如光柵、透鏡陣列、全息顯示、螺旋相位板等�！�

南京東南大學(xué)張彤教授告訴編輯，15年前他去哈佛交流，見到的第一個(gè)人就是Capasso教授。這或許是一種昭示，無(wú)論如何，這是一種革命性的光學(xué)技術(shù)，用半導(dǎo)體的方式生產(chǎn)光器件，必將是光學(xué)技術(shù)發(fā)展的方向。

編者發(fā)現(xiàn)，在深圳寶安就有一家從事超透鏡的公司MetalenX。公司由新加坡國(guó)立大學(xué)和香港理工大學(xué)博士團(tuán)隊(duì)組成，公司獨(dú)創(chuàng)單層超透鏡設(shè)計(jì)理論及加工工藝，并率先在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了批量化生產(chǎn)。該公司在由深圳市人力資源和社會(huì)保障局、深圳市教育局、中國(guó)共產(chǎn)主義青年團(tuán)深圳市委員會(huì)聯(lián)合主辦的2021深圳“逐夢(mèng)杯”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽決賽脫穎而出。

了解更多超透鏡技術(shù)，可以上B站觀看香港理工蔡定平教授的報(bào)告
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