光學超表面

目前，超表面光學技術(shù)備受關(guān)注。簡單來說，超表面光學技術(shù)主要使用超表面的設(shè)計方法來替代傳統(tǒng)的光學設(shè)計，或者來實現(xiàn)傳統(tǒng)光學設(shè)計無法實現(xiàn)的一些新功能。

在替代傳統(tǒng)光學設(shè)計方面，超表面光學技術(shù)的一個重要應用在于微型透鏡設(shè)計。在傳統(tǒng)的基于折射透鏡的光學設(shè)計中，可見光透鏡的尺寸難以做小，因此對于未來一些對于尺寸和重量都有要求的應用(如下一代智能手機和ARVR設(shè)備)新的尺寸更小重量更輕的透鏡正在得到越來越多的重視，而超表面技術(shù)則能很好地滿足這一需求。超表面透鏡通過在硅或者玻璃晶元上使用半導體光刻技術(shù)來實現(xiàn)大規(guī)模亞波長尺度器件陣列可以大大縮小透鏡的尺寸，并提升透鏡的各項參數(shù)(例如透光效率等)。例如，超表面研究領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，哈佛大學教授FedericoCapasso就提出了一種使用成熟的DUV技術(shù)實現(xiàn)的大規(guī)模超表面透鏡，可以在平面玻璃晶圓上實現(xiàn)傳統(tǒng)需要凸透鏡才能實現(xiàn)的功能，從而大大減小光學設(shè)計所需要的尺寸，厚度和重量。

除了輕薄透鏡之外，超表面透鏡還能實現(xiàn)傳統(tǒng)光學設(shè)計難以實現(xiàn)的功能。例如，通過超表面設(shè)計控制入射光的偏振特性，可以很容易就實現(xiàn)偏振光成像。另外，超表面還可以很方便地實現(xiàn)高性能光頻率的選擇特性，因此通過超表面透鏡陣列可以實現(xiàn)微型光頻譜儀等。這些傳統(tǒng)透鏡無法實現(xiàn)的特性可能會在下一代機器視覺應用中有重要應用，例如通過偏振成像可以幫助輔助駕駛在雨雪天氣完成高質(zhì)量路面視覺檢測，而頻譜儀則可以用來分析產(chǎn)品質(zhì)量，化學成分等等。

超表面光學設(shè)計的另一個重要革新點在于可以實現(xiàn)半導體光學。在傳統(tǒng)的圖像傳感器模組設(shè)計中，通常圖像傳感器芯片和光學透鏡設(shè)計在完全不同的工藝和設(shè)計流程中實現(xiàn)，然后再完成組裝的過程。由于使用了完全不同的工藝，因此組裝過程成本較高。而使用超表面光學之后，圖像傳感器和透鏡設(shè)計都可以在半導體工藝實現(xiàn)，而兩者也可以方便得使用成熟的半導體封裝技術(shù)以很低的成本和很高的良率封裝到一起。因此，我們認為，超表面光學設(shè)計可能會給圖像傳感器模組的設(shè)計帶來革命性的改變。

審核編輯 黃宇