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行時”。根據(jù)丹麥NIL科技公司的定義，Meta光學，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，汽車，AR/MR顯示等領(lǐng)域。超透鏡是一種平面透鏡技術(shù)，使用超表面來實現(xiàn)光的聚焦。該技術(shù)憑借輕薄性和更好的性能，在2016年被科學雜志評為當年十大科技突破，2019年被世界經(jīng)濟論壇將超透鏡列為當年的十大新興技術(shù)之一。知乎上有文章定義說：“超透鏡是利用人造亞波長單元結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)介質(zhì)上進行波前調(diào)控的光學器件。”中科院物構(gòu)所鮮輝博士的定義是“研究團隊利用相位不連續(xù)性徑向分布的超薄亞波長間隔V型納米天線組成的超構(gòu)表面的將光進行散射，從而可以分別產(chǎn)生電信波長下的球形波陣面和無衍射貝塞爾光束。然后研究團隊利用精確控制每個單元結(jié)構(gòu)來控制光的相位，從而使光匯聚到一點，即超構(gòu)表面透鏡。超構(gòu)透鏡的特性取決于如何合理設計納米單元的排列組合。”

圖丨哈佛大學教授 Federico Capasso（中）
超透鏡技術(shù)的發(fā)明者是美國哈佛大學（Harvard University）的Federico Capasso教授。2016年，Capasso教授團隊的研究人員展示了首個在可見光范圍內(nèi)有效工作的超透鏡。他們設計的超透鏡可以將光聚焦到一個直徑約400nm的點上。與傳統(tǒng)透鏡相比，Capasso的團隊使用了一種薄而扁平的結(jié)構(gòu)，具有多個波導——類似微小的柱子——由二氧化鈦（TiO2）制成的約600nm長的特定圖案排列而成，并將這種波導稱為“納米鰭”。

該超透鏡的光學性能號稱優(yōu)于目前任何商用透鏡。具體來說，因為超透鏡是扁平（平面）、超薄的，所以不會產(chǎn)生色差。它們也是無色的，因為所有波長的光線幾乎同時通過。而且最重要的是，超透鏡可以在現(xiàn)有的半導體代工廠大規(guī)模生產(chǎn)。

自那時以來，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，還有美國波士頓的MetalenZ, 華盛頓的Tunoptix，還有中國深圳的MetalanX等。超透鏡的應用從普通相機到衛(wèi)星通信無所不在。而商用化方面，NIL已經(jīng)率先宣布量產(chǎn)。NILT在2021年展示的超光學元件（MOE）的絕對效率高達94%，創(chuàng)歷史新高。2022年1月，Metalenz和通快（TRUMPF）聯(lián)合現(xiàn)場演示了基于超透鏡的智能手機應用照明功能，只需要兩個智能元件即可創(chuàng)建泛光照明和結(jié)構(gòu)光照明的功能：一個是具有穩(wěn)定、先進線性偏振的通快VCSEL；另一個是在VCSEL上面集成的Metalenz超光學元件。II-VI公司也在基于同樣的方式將超透鏡用于3D場景構(gòu)建，為消費電子產(chǎn)品和汽車應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實驗室制造的掃描電子顯微鏡下的超透鏡
當然，現(xiàn)在超透鏡技術(shù)還遠不成熟。Laser Focous World的文章從成本，技術(shù)，軟件模擬等多個領(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)域一個重要方向之一。對此，臺灣和蓮光電的蔡君偉博士在評價超透鏡技術(shù)時告訴編輯：“他們的基于LCOS液晶空間相位調(diào)制器的透鏡技術(shù)同上述超透鏡在計算原來是相同的，但實際產(chǎn)品特性并不相同。Laser Focus World文章提到的晶圓級衍射光學元件或超透鏡，它就是如同一個透鏡的功能，但可以將尺寸縮小到一個厘米等級的規(guī)格，缺點是透鏡參數(shù)是無法改變的，如焦距5cm的透鏡或是10cm的透鏡，其超透鏡結(jié)構(gòu)就是兩個完全不同的元件，相較於傳統(tǒng)光學透鏡而言，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用相同的衍射光學的計算方式，進而達到相同的透鏡效果，但不同的是，我們透鏡的參數(shù)可以動態(tài)進行調(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。”

南京東南大學張彤教授告訴編輯，15年前他去哈佛交流，見到的第一個人就是Capasso教授。這或許是一種昭示，無論如何，這是一種革命性的光學技術(shù)，用半導體的方式生產(chǎn)光器件，必將是光學技術(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。公司由新加坡國立大學和香港理工大學博士團隊組成，公司獨創(chuàng)單層超透鏡設計理論及加工工藝，并率先在國內(nèi)實現(xiàn)了批量化生產(chǎn)。該公司在由深圳市人力資源和社會保障局、深圳市教育局、中國共產(chǎn)主義青年團深圳市委員會聯(lián)合主辦的2021深圳“逐夢杯”大學生創(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告
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