【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。
-
从“表面标记”到“微米级加工”:激光技术驱动超薄玻璃加工产业革新
在消费电子、半导体、汽车制造等高端制造领域,手机显示屏、车载中控屏、半导体晶圆玻璃等关键部件的加工精度直接决定产品性能。其中,玻璃边缘加工曾长期是行业核心技术瓶颈:传统机械切割如同切割脆性硬糖,加工超薄玻璃(如厚度0.1mm的折叠屏UTG玻璃)时易产生碎裂,加工异形玻璃(如车载HUD曲面玻璃)时精度偏差超0.1mm即导致报废,良率难以突破80%。在此背景下,激光技术逐步从玻璃表面“标记刻字”的单一功能,升级为具备“微米级内部精密切割”能力的核心工具,彻底重塑超薄玻璃加工产业格局,为高端制造业发展注入新动能。
2025-10-17
-
氟化钙镜片精准检测技术规范:基于材料特性的非接触式检测体系构建
在高端光学工程领域,氟化钙(CaF₂)镜片凭借优异的透光性能与宽波段适配能力,成为激光技术、天文观测等精密光学系统的核心组件。然而,该材料兼具低硬度(莫氏硬度仅4)、高脆性及高价值特性,传统光学镜片检测方法易引发表面划伤、崩边或应力残留等二次损伤。因此,建立一套基于其材料特性的专属检测体系,是保障氟化钙镜片性能与使用寿命的关键前提。
2025-10-17
-
M350抛光系统行业定制应用方案(光学制造+红外元件加工)
本方案针对光学制造、红外元件加工两大行业的核心加工痛点,结合M350抛光系统的技术优势,提供“痛点方案落地”的全流程适配方案,助力企业解决生产瓶颈,提升产品竞争力。
2025-10-17
-
突破精密加工边界!M350基于机床载体的抛光系统,赋能高端元件制造
在光学、半导体、红外传感等高端制造领域,“高精度”“多场景”“高稳定”始终是元件加工的核心诉求。而M350基于机床载体的抛光系统,正是为解决行业精密加工痛点而生,以全方位的性能优势,成为高端元件制造企业的理想选择。
2025-10-17