光學(xué)超表面

目前，超表面光學(xué)技術(shù)備受關(guān)注。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，超表面光學(xué)技術(shù)主要使用超表面的設(shè)計(jì)方法來(lái)替代傳統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)，或者來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的一些新功能。

在替代傳統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)方面，超表面光學(xué)技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用在于微型透鏡設(shè)計(jì)。在傳統(tǒng)的基于折射透鏡的光學(xué)設(shè)計(jì)中，可見光透鏡的尺寸難以做小，因此對(duì)于未來(lái)一些對(duì)于尺寸和重量都有要求的應(yīng)用(如下一代智能手機(jī)和ARVR設(shè)備)新的尺寸更小重量更輕的透鏡正在得到越來(lái)越多的重視，而超表面技術(shù)則能很好地滿足這一需求。超表面透鏡通過(guò)在硅或者玻璃晶元上使用半導(dǎo)體光刻技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模亞波長(zhǎng)尺度器件陣列可以大大縮小透鏡的尺寸，并提升透鏡的各項(xiàng)參數(shù)(例如透光效率等)。例如，超表面研究領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，哈佛大學(xué)教授FedericoCapasso就提出了一種使用成熟的DUV技術(shù)實(shí)現(xiàn)的大規(guī)模超表面透鏡，可以在平面玻璃晶圓上實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)需要凸透鏡才能實(shí)現(xiàn)的功能，從而大大減小光學(xué)設(shè)計(jì)所需要的尺寸，厚度和重量。

除了輕薄透鏡之外，超表面透鏡還能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)的功能。例如，通過(guò)超表面設(shè)計(jì)控制入射光的偏振特性，可以很容易就實(shí)現(xiàn)偏振光成像。另外，超表面還可以很方便地實(shí)現(xiàn)高性能光頻率的選擇特性，因此通過(guò)超表面透鏡陣列可以實(shí)現(xiàn)微型光頻譜儀等。這些傳統(tǒng)透鏡無(wú)法實(shí)現(xiàn)的特性可能會(huì)在下一代機(jī)器視覺應(yīng)用中有重要應(yīng)用，例如通過(guò)偏振成像可以幫助輔助駕駛在雨雪天氣完成高質(zhì)量路面視覺檢測(cè)，而頻譜儀則可以用來(lái)分析產(chǎn)品質(zhì)量，化學(xué)成分等等。

超表面光學(xué)設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要革新點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體光學(xué)。在傳統(tǒng)的圖像傳感器模組設(shè)計(jì)中，通常圖像傳感器芯片和光學(xué)透鏡設(shè)計(jì)在完全不同的工藝和設(shè)計(jì)流程中實(shí)現(xiàn)，然后再完成組裝的過(guò)程。由于使用了完全不同的工藝，因此組裝過(guò)程成本較高。而使用超表面光學(xué)之后，圖像傳感器和透鏡設(shè)計(jì)都可以在半導(dǎo)體工藝實(shí)現(xiàn)，而兩者也可以方便得使用成熟的半導(dǎo)體封裝技術(shù)以很低的成本和很高的良率封裝到一起。因此，我們認(rèn)為，超表面光學(xué)設(shè)計(jì)可能會(huì)給圖像傳感器模組的設(shè)計(jì)帶來(lái)革命性的改變。

審核編輯 黃宇