复享光学AR-Meta首次实现超构透镜全面光学量测分析

近日，上海市科委“优秀技术带头人”计划的多个项目完成专家评审。该计划旨在选拔和培养一批进入世界科技前沿的学术带头人和引领产业技术创新的技术带头人，促进其建设高水平科研梯队和创新团队，加快建设具有全球影响力的科技创新中心。其中，由复享光学承担的“超透镜检测分析设备的研制”项目通过专家组评审，顺利结项。

复旦大学资剑教授、石磊教授、香港城市大学蔡定平(Din-Ping Tsai)教授、中山大学董建文教授和哈尔滨工业大学(深圳)肖淑敏教授及其团队直接参与了设备的研发工作。该项目首次实现了超构透镜的全面量测分析，相关成果已发表于国际知名光学期刊 Light: Science & Applications。

蔡定平教授是微纳光子学领域的顶尖专家，是超构透镜的先行者和推动者。他认为，超构透镜是光学行业的突破性产品，将改变我们看世界的方式，具有重大的应用前景。当前正处于超构透镜量产的关键时期，诞生于单透镜检测的传统技术已无法适用于晶圆级超构透镜检测需求。该项目所开发的“干涉成像相位测量技术”有望成为未来晶圆级超构透镜检测的首选方案。

相位：超构透镜的本质

透镜在生活中扮演着举足轻重的角色，广泛应用于手机、相机、眼镜、显微镜、投影仪等设备。随着智能时代的到来，无人机、VR/AR虚拟实境等设备中也需要用到光学模组，对透镜的体积、功能、光学参数、成像质量提出了更高的要求。

超构透镜(Metalens)是随着微纳制程工艺的进步和超构表面的研究发展而诞生的一种新型透镜，突破了原有材料的物理极限。它由微米或纳米结构单元有效排列组成，具有平面化、小型化、集成化等优势，被视为下一代光学模组的核心元件。

晶圆级超构透镜

图片来源：Metalenz官网；Light: Science & Applications 2020, 9 (1), 55.

超构透镜的工作原理是调控光波的相位分布，从而实现对光波波前的操纵。

然而，由于材料和加工工艺的限制，超构透镜实际调控的相位分布与设计的相位分布二者之间存在的差异将影响其光学性能。因此，对实际调控的相位分布进行全方位的表征和分析至关重要。

任何光学元件的工作原理都是对波前相位的调控

图片来源：Light: Science & Applications 2021, 10 (1), 52-63.

AR-Meta 超构透镜光学检测的智能化平台

2019年，复享光学从超构透镜的设计原理出发，对其光学检测过程开展系统性的分析，在“上海市优秀技术带头人”项目的支持下，面向超构透镜、超构表面、微透镜阵列、DOE等新型微纳器件的光学检测，开发了第一代AR-Meta光学检测系统，并成功推向市场。

经过四年的技术迭代，AR-Meta实现了对三维光场和相位分布全方位的光学检测，并已形成面向前沿科学研究和晶圆级检测的系列产品，构建了“超构透镜光学检测的智能化平台”。这将促进形成标准化的检测规范，为优化超构透镜的设计、加工工艺提供关键支撑。

AR-Meta应用领域

AR-Meta 助力微纳光子学的科研创新

在全球微纳光子学领域，AR-Meta超构透镜光学检测系统已服务中科院、复旦大学、中山大学、同济大学、西湖大学、香港城市大学、韩国光云大学等相关课题组，研究成果已发表于多个高水平学术期刊。

AR-Meta能够定量、可视化地表征超构透镜在空间上的多维光场调控能力。它采用了宽波段色差校正、消像差等光学设计，可在微米尺度实现可见-近红外透反射光谱成像，便捷地获取焦距、波相差、泽尼克像差、点扩散函数(PSF)、调制传递函数(MTF)、斯特列尔率、数值孔径等关键性能指标参数。

AR-Meta表征超构表面的光场分布

图片来源：韩国光云大学 Sang-Shin Lee 教授等 Advanced Optical Materials 2019, 7 (9), 1801337-1801346.

AR-Meta表征超构透镜的相位分布

图片来源：Light: Science & Applications 2021, 10 (1), 52-63.

第一代AR-Meta产品交付

图片来源：中科院西安光机所，2019.8.30

AR-Meta 赋能晶圆级制造与检测

近年，AR-Meta持续深入产业，不断提升技术成熟度、拓展检测应用场景，已服务于多家光子芯片、AR/VR等领域的先锋企业。

复享光学相信，光场和相位检测技术能够为超构透镜的设计改进、加工工艺优化、缺陷控制、高通量检测、品控保障等关键环节提供帮助，持续提高加工精度、提升产品良率，并最终促进超构透镜产业化进程。

超构透镜的产业价值链

迄今为止，超构透镜技术所取得的进展表明，它在光学、成像和显示系统的持续发展方面具有广阔的应用前景。并且，超构透镜可以在与计算机芯片相同的制造厂中制造，有望在不久的将来实现规模性量产。超构透镜及其光学模组将为光通信、安防、智能驾驶、消费电子、医疗、科学仪器、传感等领域带来颠覆性的改变，而AR-Meta将成为超构透镜研发和制造过程中的配套保障，在光学量检测中发挥至关重要的作用。

图片来源：https://news.harvard.edu/gazette/story/2018/01/ground-breaking-lens-focuses-entire-spectrum-of-light-to-single-point/ ；Science 2016, 352 (6290), 1190-1194.

参考文献：

[1]  Science2011, 334 (6054), 333-337.

[2]  Science2016, 352 (6290), 1190-1194.

[3]  Advanced Optical Materials2019, 7 (9), 1801337-1801346.

[4]  Light: Science & Applications2021, 10 (1), 52-63.

[5]  Chemical Reviews2022, 122 (19), 15356-15413.

[6]  Nature Nanotechnology2018, 13 (3), 227-232.

[7]  Light: Science & Applications2018, 7 (1), 85.

[8]  Light: Science & Applications2020, 9 (1), 55.