超透镜研究为AR和VR眼镜扫清两大障碍

曾经只出现在科幻小说中的AR和VR眼镜，可能很快不再以笨重的层叠透镜组形式出现，而是成为一个类似普通眼镜的单一光学元件。这一未来如今离现实更近了一步。浦项科技大学（POSTECH）的一个研究团队开发了利用超透镜生成清晰全彩图像的技术，并将研究结果发表在《自然·通讯》上。

这项成果之所以引人关注，是因为它解决了超透镜商业化的两大挑战：高光学性能和可规模化制造。

超透镜是一种超薄透镜，由密集排列的纳米级结构组成，可以按预期控制光的路径。传统光学系统通常需要多片堆叠的玻璃透镜，而超透镜可以在单个平面光学元件中实现类似功能，因此成为AR和VR眼镜等轻便、紧凑设备的关键组件。

挑战在于实现消色差性能，也就是将红、绿、蓝光聚焦到同一点而不产生色差模糊。使用廉价且适合量产的低折射率材料来实现这一性能，一直极具挑战性。

在设计中加入高度

研究团队通过控制构成超透镜的纳米柱——即“超原子”（meta-atoms）的高度，解决了这一问题。以往的方法主要通过调节元原子的横向宽度来控制光，而该团队将高度作为新的设计参数加入。就像占地面积相同的建筑，仅凭楼层数不同就能营造出不同的城市景观，高度不同的元原子也能将RGB光精确聚焦到所需焦点。

在第一项研究中，团队利用双光子光刻——一种高精度3D打印技术，直接制造了复杂的三维纳米柱。他们建立了各种纳米柱设计的数据库，并使用逆向设计方法，为超透镜上的每个位置自动选择最合适的结构。

结果，他们使用成本相对较低的低折射率材料实现了全彩消色差超透镜，并在将超透镜与OLED显示屏集成的实验中确认了清晰的彩色成像。

通往大规模生产的途径

第二项研究侧重于大规模生产。团队利用灰度电子束光刻制造了高度编码的纳米模板，并将其应用于纳米压印光刻——一种类似盖章的复制工艺。

传统纳米压印方法通常适合重复印制高度相同的图案，但这项新技术能够一次性复制不同高度的结构，同时改善光学性能和生产可扩展性。

尽管两项研究采用了不同方法，但它们有着共同的目标：克服低折射率材料的局限，将三维超透镜从实验室规模的演示转变为可面向工业应用制造的技术。通过确保超透镜性能和可扩展的复制策略，该团队为基于超透镜的光学器件商业化奠定了两大关键支柱。

超越实验室原型

领导这项研究的卢俊锡（Junsuk Rho）表示：“这些研究意义重大，因为它们展示的制造技术，有望通过先进纳米加工将用于AR和VR显示器的全彩消色差超透镜带入实际工业应用。我们预计这些技术将具有广泛适用性，不仅能用于更轻、更薄的AR眼镜和下一代显示器，还能应用于成像系统和光学传感器等各种光学产业。”

相关链接：1.https://dx.doi.org/10.1038/s41467-026-73103-2；2.https://dx.doi.org/10.1038/s41467-026-73940-1