【光学资讯】超构表面技术:下一代光学成像与显示的创新前沿
南京大学祝世宁院士、王漱明教授团队基于多维光场调控技术,全面回顾了超构表面在推动下一代光学成像与显示系统方面的创新性思路与进展。该团队结合相关智能算法,综述了其在多维成像、全息显示以及这些技术的交叉领域的应用,并探讨了其在计算成像、超分辨成像、可调谐显示技术,以及与光学微操控和量子技术协同发展的潜力。最后,该团队对超构表面技术在成像与显示领域的广泛应用前景及未来研究方向进行了展望。
2.1超构表面的设计基础与优化设计方案
该团队从广义斯涅尔定律出发,全面分析了成像所需要的相位机制,简要介绍了全息相位的计算原理及目前广泛使用的算法。同时,概述了基于优化算法的原理及功能性成像和显示器件,如:基于拓扑优化、遗传算法、神经网络等设计方案,能最大限度得到高指标的微纳元件;根据不同需求选择算法,能节省计算成本,最终实现优异的成像与显示功能。
2.2超构透镜成像技术
基于超构透镜的成像技术已经成为超构表面最重要的应用之一。由于材料具有色散,普通超构透镜的工作带宽严重受限,这严重影响了彩色成像的质量。该团队系统地讨论了在超构透镜成像方面的色差调控工作及其应用,包括消色差全彩色成像、消色差光场成像与四维光谱光场成像等,这些研究成果极大地推动了可穿戴设备、集成化成像系统与便携式光谱仪领域中的技术革新,如图1所示。此外,利用多个光学维度或具有结构化的特殊光场,不仅可以实现复用的成像功能,极大地增加超构表面的功能多样性,还能重构出物体的表面形状,实现三维成像。

2.3超构表面显示领域
基于超构表面的全息显示技术提供了更高的可控自由度和更强的三维显示能力,极大地扩展了显示技术的应用范围,并为高度逼真的视觉体验提供了新的途径,如图2所示。增强现实(AR)和虚拟现实(VR)近眼技术在当今世界发挥着越来越重要的作用,但目前还存在数据量大、分辨率低的问题。超构表面的兴起使实现更薄、更高效的近眼显示设备成为可能,推动了AR和VR技术的进一步发展。
该团队依次介绍了基于超构表面的全息显示技术(标量全息、矢量全息等),讨论了三维显示技术(三维全息、光场显示等),并分析了由超构表面实现的AR/VR技术的进步(全彩显示器、波导耦合显示器等)。此外,比较了不同设计参数在超构表面成像和显示能力方面的差异,分析了超构表面成像与显示所面临的诸多挑战,并针对这些挑战提出了可行的解决方案。相信随着技术的进步和原理的创新,成像和显示技术将得到进一步的发展和应用。

2.4超构表面应用前景
从跨学科的角度来看,超构表面创新地解决了复杂的科学和工程挑战,被广泛应用于计算成像、超分辨率显微镜、光学微操作、动态可调显示和非经典量子领域,如图3所示:与计算成像结合,超构表面可以处理和提取高维图像信息;与生物医学结合,超构表面可充分发挥体积优势,实现细胞的显微和生物内窥镜成像,进而在光学显微操作技术上具有独特的优势;将各种材料和光学技术相结合可以实现不同场景下动态可调的光学响应;在量子场中,基于超构表面可以实现非经典成像和显示。
利用超构表面的巨大优势,结合多领域协同创新,克服现有的技术壁垒,可为这一充满活力的领域的发展方向提供前瞻性视角,从而推动整个光学成像与显示技术的飞跃发展。
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从自然现象到工业精密:薄膜干涉在PVD镀膜技术中的工程化演进
肥皂泡表面流转的虹彩,是孩童眼中奇妙的光学魔术;而在现代制造业中,这种源于光波叠加的薄膜干涉效应,已被转化为高度可控、功能明确的工业核心技术。物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition,PVD)技术正是这一转化的关键载体。通过将自然界的“液态干涉模型”升级为“固态功能薄膜”,PVD不仅复现了薄膜干涉的物理本质,更赋予其装饰性、功能性与工程可靠性。本文系统阐述薄膜干涉原理在PVD镀膜中的工程化实现路径、关键技术要素及典型应用场景。
2025-12-18
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光学定心技术的核心原理——高精度光轴对齐的科学机制与实现路径
学定心作为精密光学制造领域的关键核心技术,是实现透镜及光学组件光轴与基准轴精准同轴的核心手段。其技术本质区别于传统机械定心的机械力依赖机制,通过光学探测、精密调控与闭环验证的一体化流程,直接定位并校正光轴偏差,为大曲率半径、微小尺寸、易变形等特殊光学元件的高精度制造提供了可靠技术支撑,是高端光学系统性能保障的核心技术之一。
2025-12-18
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OptiCentric®系列中心偏差测量仪:小尺寸透镜10秒偏心控制的高精度解决方案
在精密光学制造领域,小尺寸透镜的偏心控制是衡量技术实力的关键指标之一。尤其是直径3mm这类微型透镜,广泛应用于微型光学模组、激光器件、精密传感器等高端场景,其偏心量能否精准控制到10秒级,直接决定了终端产品的光路稳定性与成像质量。德国全欧光学的OptiCentric®系列中心偏差测量仪(定心仪/偏心仪),凭借极致的测量精度、针对微小样品的深度适配能力,为这一核心需求提供了可靠答案,成为小尺寸透镜高精度制造的核心支撑装备。
2025-12-18
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高次谐波阿秒脉冲时空耦合:全光原位三维表征、新型参数量化与机制解析
随着超快科学向阿秒时间尺度深入发展,高次谐波产生技术已成为获取相干阿秒光脉冲的核心方式。然而,这一过程具有极强的非线性特性,会引发明显的时空耦合效应,严重限制了阿秒脉冲在极端紫外非线性光学、动态成像等领域的应用。针对现有表征技术无法全面揭示阿秒光场三维时空耦合本质的问题,华中科技大学李政言教授团队提出了一种基于全光原位测量的三维时空场表征方法,通过定义新型时空耦合参数,实现了对高次谐波阿秒脉冲时空耦合效应的精准量化与物理机制解析。相关研究成果发表于《Laser&PhotonicsReviews》,为阿秒科学领域的技术突破与应用拓展提供了重要支撑。
2025-12-18
