【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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一文读懂X线成像:它是如何“看见”人体内部的?
X线成像是医学放射诊断中最基础、最常用的技术之一,它的核心逻辑很简单:利用X线的穿透性,捕捉人体不同组织对X线的吸收差异,再将这种差异转化为我们能看到的影像。就像用手电筒照射一块有花纹的玻璃,光线穿透后,花纹的影子会投射在墙上,X线就是这束“特殊的手电筒光”,人体组织就是“带花纹的玻璃”,X光片就是“投射影子的墙”。
2026-03-19
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飞秒激光表面微纳结构制备技术及应用研究
微纳结构材料是现代光学、电子、生物医学与材料科学等领域的核心基础材料,其特殊的表面形貌赋予材料优异的物理与化学性能,成为推动高端制造与前沿科研发展的关键载体。但传统微纳结构制备技术受工艺特性限制,难以满足高效、精准、多材料适配的制备需求。飞秒激光加工技术依托超短脉冲、超高峰值功率的独特物理特性,重构了激光与物质的相互作用机制,突破了传统技术的诸多瓶颈,成为实现各类材料表面跨尺度、高精度微纳结构制备的核心技术手段。本文从研究背景出发,系统阐述飞秒激光加工材料的核心机理,分类介绍典型微纳结构的制备方法与应用场景,最后总结该技术的核心价值与发展意义,为其进一步研发与应用提供理论参考。
2026-03-19
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半导体量检测设备光源波长选型逻辑—特性、协同与全场景应用探析
半导体量检测是半导体制造全流程的关键环节,直接影响芯片制程精度、生产良率与产业化效率,而光源波长作为量检测设备的核心技术参数,其选型并非单一的技术选择,而是基于物理规律、材料特性、器件适配性与工程经济性的系统性决策。本文将从光源波长选择的核心决定因素出发,按技术特性与应用场景分类解析典型波段光源,进而阐述可见光与深紫外(DUV)的协同应用逻辑,最终总结波长选型的核心规律与技术应用价值,为半导体量检测设备的研发、选型及工艺集成提供系统性参考。
2026-03-19
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多镜组物镜各面中心偏差测量结果输出与收尾管理规范
测量结果输出与收尾管理,是多镜组物镜中心偏差测量工作的最终闭环环节,其核心是将全流程的测量、计算、判定结果,转化为标准化、可追溯、可落地的正式技术文件,同时完成被测样品、检测设备的规范管理,实现从测量实施到成果交付、再到现场与设备管理的全流程闭环。本环节以“成果规范、全程可溯、安全合规、价值延伸”为核心原则,形成从报告编制到长效管理的完整操作规范。
2026-03-19
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多镜组物镜中心偏差测量方法
多镜组物镜的中心偏差直接影响光学系统的成像质量与使用性能,精准、规范的测量是保障其光学性能的关键。本文以自准直仪反射法为核心测量手段,依托偏心仪、定心仪等关键设备,严格遵循《GB-T7242-2010透镜中心偏差》国标规范,结合测量核心原理与光学检测实操逻辑,按照“基准统一、逐面检测、数据记录、坐标计算”的核心原则,系统梳理多镜组物镜各面中心偏差的测量全流程,明确各环节操作标准、逻辑关联及关键要点,为光学检测实操提供标准化、可落地的技术指引。
2026-03-18
