从实验室"压"向产线： 2026年超透镜（Metalens）产业化关键进展

图1 平面超透镜晶圆与光束聚焦示意图

      超透镜（Metalens）是一种由亚波长纳米结构阵列构成的平面光学元件，通过在平面上"雕刻"密集的纳米单元来调控光的相位、振幅与偏振，从而用一片薄片实现传统多片透镜组的功能。2026年以来，这项技术在消色差、高数值孔径、晶圆级制造与量产复制四个方向密集取得突破，多篇成果登上《Nature Communications》《Advanced Materials》等期刊，产业端也出现了上市公司与展会新品。本文梳理近期关键进展，并探讨其对光学装调与检测环节的影响。

一、超透镜：把"镜头组"刻进一片平面

传统成像镜头依赖多片具有曲率的折射透镜堆叠，通过镜片研磨、镀膜、定心与精密装调来校正像差。超透镜则换了一条思路：在一片平面基底上排布大量亚波长纳米柱（Meta-atoms），利用纳米结构对光场的局域调控，使入射光在出射面获得所需的相位分布，进而聚焦成像。其核心吸引力在于轻薄、可与半导体工艺兼容、易于阵列化与集成。

图2 传统折射式镜头组（左）与单片平面超透镜（右）结构对比

二、两大瓶颈：消色差与规模化制造

超透镜走向应用长期受困于两个问题：其一是消色差，即如何让红、绿、蓝等不同波长同时聚焦于同一点，避免彩色边缘模糊；其二是规模化制造，高性能超透镜往往依赖高折射率材料与昂贵的逐点光刻，而低成本、低折射率材料又难以实现高质量全彩成像。2026年的多项研究正是围绕这两点展开。

三、性能突破：全彩消色差与深紫外高数值孔径

1. 低折射率材料实现全彩消色差

韩国浦项科技大学（POSTECH）团队于2026年5月、6月先后在《Nature Communications》发表两项成果。研究团队在传统"调节纳米柱横向尺寸"之外，引入纳米柱高度作为新的调控维度，使不同高度的纳米柱分别控制RGB光线的聚焦位置；并通过双光子光刻制备复杂三维纳米柱、结合结构数据库与逆向设计算法，在低折射率材料上实现了全彩消色差超透镜，且与OLED显示屏结合验证了清晰的彩色成像。

2. 深紫外波段NA达到0.7–0.9

新加坡科技研究局（A*STAR）Zeng Wang团队演示了工作于266nm深紫外波长的氮化铝（AlN）超透镜，数值孔径（NA）达到0.7–0.9的创纪录水平，光学测量证实其具备衍射极限聚焦性能。该工作还展示了直接激光写入显微术（DLWM），可实现临界尺寸约100nm的纳米加工，并为高NA深紫外超透镜提供通用表征手段；将其集成进共焦光致发光系统后，在NA=0.7时可分辨低至300nm的孤立特征。成果于2026年7月11日发表于《Advanced Materials》。

值得注意的是，深紫外、高NA光学表征系统本身极难构建。该研究把"加工"与"表征"结合在同一套激光直写显微系统中，从侧面说明：超透镜性能越逼近极限，对配套光学检测手段的要求也越高。

四、架构创新：把"镜头+自由空间"压进12.2μm薄膜

清华大学精密仪器系杨原牧团队提出一种平移不变的非局域多层介质薄膜，用仅12.2μm厚的成像功能层取代传统"镜头+镜后自由空间传播"架构，可在传感器端直接形成二维图像。其核心是利用高Q非局域Fabry–Pérot共振，让光在SiO₂/TiO₂多层膜内部发生横向耦合与多光束干涉，使不同物点等效拥有独立孔径。

• 器件由13对SiO₂/TiO₂分布式布拉格反射镜与中央微腔组成，总膜厚12.2μm，实测中心共振波长约1607.7nm；
• 在2.25mm物距下实测点扩散函数（PSF）半高全宽为89.7μm，并分辨出88.5μm线间距的USAF分辨率板图样，二维成像无需计算重建；
• 切换相邻波长还可实现深度分辨三维成像与光学衍射层析（该部分需计算反演）。

该成果于2026年8月发表于《Nature Communications》。同期，中国科学技术大学团队开发出三次相位金属透镜（cubic-metalens），把成像透镜与波前编码相位掩模集成在同一片超薄硅基器件上，结合CMOS与计算重建算法实现大景深清晰成像，为微型相机、生物医学成像与机器视觉提供了新思路。

五、制造落地：晶圆级制造与纳米压印复制

如果说性能决定"能不能用"，制造则决定"用不用得起"。近期两条工艺路线值得关注：

• 晶圆级混合制造：湖南大学团队在《Light: Advanced Manufacturing》报道了一种全晶圆级制造的超构非球面透镜（meta-aspheric lens），融合折射与超表面光学，在仅3.39mm厚度内实现101.5°视场的近红外成像，面向手机与AR眼镜；其晶圆级集成设计省去了笨重的机械支撑与复杂对准装调步骤。
• 纳米压印批量复制：POSTECH第二项研究采用灰度电子束光刻制备具有高度编码能力的纳米模板，再结合纳米压印光刻（NIL），一次性复制具有不同高度的三维纳米结构，突破了传统压印只能复制等高结构的限制，提升了量产可扩展性。

产业端，新加坡MetaOptics公司已于2025年9月在新交所上市，并推出第二代矩形金属透镜，通过提高光学填充因子来缩小相机模组体积，其技术平台覆盖多种材料体系、互补制造方法与AI图像处理。

六、产业信号：CIOE 2026上的超表面光波导

在2026年9月9日开幕的第27届中国国际光电博览会（CIOE 2026，深圳）上，已有企业首发MGW超表面光波导（Metasurface Grating Waveguide）等量产级新品，将超表面技术用于AR显示的光波导耦入耦出。这表明超表面正从成像镜头延伸到AR光波导等更贴近消费电子的场景。此外，《光学学报》2026年刊发的"超表面成像技术发展现状与产业应用展望"特邀综述，也系统梳理了该技术从研究走向产业化的代表性路径。

七、对光学装调与检测意味着什么

对从事光学装调与检测的工程师而言，超表面带来的不只是"镜头变薄"：

• 装调环节有望简化：晶圆级平面光学把多片透镜的定心、间隔与对准"固化"进版图设计与半导体工艺，减少传统镜组的精密机械装调；
• 检测重心发生转移：需求从传统面形、偏心、间隔测量，延伸到纳米结构的形貌/线宽/柱高/均匀性、相位分布、衍射效率、偏振相关特性，以及晶圆级批量一致性测试；
• 像质评价方式变化：当超透镜与计算重建深度耦合（如三次相位金属透镜），评价对象从"单一镜头MTF"转向"光学—算法"联合的最终成像质量，对测试靶标、重建流程与评价标准提出新要求。

八、结语：趋势明确，仍需理性

2026年的进展清晰指向一个方向：超透镜正在跨越"实验室样品"阶段，在消色差、高NA、薄膜成像与晶圆级量产上多点突破。但也要看到，大口径下的衍射效率与偏振敏感、宽带成像的能量利用率、与成熟折射光学的成本竞争，以及消费级规模落地的节奏，仍是需要时间回答的问题。对光学行业而言，更现实的姿态是：持续跟踪工艺与表征手段的演进，提前布局面向平面光学的检测能力——因为无论镜头以何种形态出现，"测得准"始终是"造得好"的前提。

声明：

1. 文中研究进展均来自公开学术与行业报道：POSTECH全彩消色差与纳米压印成果（《Nature Communications》2026年5/6月，phys.org/VR陀螺编译）；A*STAR深紫外AlN超透镜NA 0.7–0.9（《Advanced Materials》2026-07-11，中国光学期刊网）；清华大学杨原牧团队12.2μm非局域薄膜（《Nature Communications》17,9432, 2026，DOI:10.1038/s41467-026-76460-0）；中国科大三次相位金属透镜（公开报道）；湖南大学晶圆级超构非球面透镜（《Light: Advanced Manufacturing》2026）；MetaOptics矩形金属透镜与上市信息（公司白皮书/公开资料）；阿法龙MGW超表面光波导（CIOE 2026公开报道）；《光学学报》超表面成像特邀综述。

2. 具体参数以论文原文与厂家最新发布为准；产业化进度、量产时间等表述为公开信息梳理，不构成投资或采购建议。