超透镜 Metalens
2025-05-29
6.技术发展趋势及商业化
1. 概述
2. 历史
3. 与现有镜头的比较
2024年开发的超透镜与传统凸透镜的厚度和重量比较。 据称，该镜片比传统镜片薄约 15 倍，轻约 40 倍。 |
传统透镜具有凸透镜或凹透镜表面，可以调整光线的角度，使光线汇聚在一个焦点上。这种透镜称为折射透镜。
当今的相机设计采用多个镜头元件来最大限度地减少失真和像差。这样虽然可以获得清晰的图像，但缺点是镜头整体会变大。
相比之下，超表面目前即使厚度只有几微米（仅为玻璃厚度的千分之一）也能起到透镜的作用，而超透镜就是利用了这一点。超镜头除了在厚度、重量等方面具有相对优势外，还具有分辨率高的优势，能够区分两个比光波长更近的物体。
4. 制造方法
它可以在现有的CMOS代工厂生产，这有利于商业化，并被指出是一个优势。
- 电子束光刻（E-Beam Lithography）：一种投射聚焦电子束在基板上刻印的方法。但由于它不适合大规模生产，因此仅用于研究目的。
- DUV 光刻：一种使用深紫外光将复杂图案刻在感光材料上的方法。这是制造高分辨率图案的半导体必不可少的制造方法。
- 纳米压印光刻：一种将含有已雕刻纳米结构的模具压入基板的方法。在保证准确性的同时，可以扩大工艺规模，且碱比经济，适合大规模生产。
5. 类型
5.1. 按结构分类
- 多层介电超透镜：通过重复排列高折射率介电材料和低介电材料来实现高功能性的超透镜。
- Subhans Metalens（惠更斯超透镜）：使用 Subhans Metasurfaces 的超透镜
5.2. 按功能分类
- 单色像差校正超透镜。 ：一种校正单色光引起的单色像差的超透镜。
- 消色差超透镜：当不同波长的光在传播过程中相位累积时，就会发生色差，可以用光栅、透镜、棱镜和波片等典型的光学设备观察到。 。原则上，超透镜方法可以通过精确控制不同工作波长的共振来校正色差。例如，可以使用纳米波导耦合器消除色差，或者通过将多个超透镜组合成一个来校正色差；这种超透镜被称为消色差超透镜。
- 亚分辨率超透镜：与传统透镜一样，超透镜也受到阿贝-瑞利衍射极限的限制。然而，超透镜比传统透镜有一个优势：它们允许对光场进行多维操纵。因此，利用超透镜可以在没有荧光标记的情况下实现超振荡亚分辨率聚焦，以这种方式校正阿贝尔海姆衍射极限的透镜被称为亚分辨率超透镜。
- 非线性超透镜
- 人工智能辅助超透镜
- 双极性超透镜
5.3. 按光学分类
- 衍射超透镜
- 折射超透镜
- 反射式超透镜
5.4. 按波导类型分类
- 纳米柱
- 纳米棒
- 纳米针
- 纳米孔
5.5. 波导按材料分类
6.技术 发展趋势及商业化
众所周知，台湾的台积电和VisEra处于超镜头技术开发的前沿。尤其是VisEra，已经掌握了大量与金属镜头相关的源技术，并将在与苹果公司建立金属镜头相关合作伙伴关系下，从2022年开始为AR和VR设备准备金属镜头工艺。 2024年发布的Apple Vision Pro没有配备超镜头，因此推测超镜头将会应用在那之后发布的型号上。苹果的目标是最早在 2026-2027 年推出广泛使用元透镜的 AR 或 VR 设备。#
据悉，在韩国，三星电机和LG Innotek正在开发超镜头相关产品。
据悉，在韩国，三星电机和LG Innotek正在开发超镜头相关产品。
[1] Veselago, V. G. The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of ε and μ. Sov. Phys. Usp. 10, 509–514 (1968)
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