復(fù)享光學(xué)AR-Meta首次實現(xiàn)超構(gòu)透鏡全面光學(xué)量測分析

近日，上海市科委“優(yōu)秀技術(shù)帶頭人”計劃的多個項目完成專家評審。該計劃旨在選拔和培養(yǎng)一批進入世界科技前沿的學(xué)術(shù)帶頭人和引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的技術(shù)帶頭人，促進其建設(shè)高水平科研梯隊和創(chuàng)新團隊，加快建設(shè)具有全球影響力的科技創(chuàng)新中心。其中，由復(fù)享光學(xué)承擔(dān)的“超透鏡檢測分析設(shè)備的研制”項目通過專家組評審，順利結(jié)項。

復(fù)旦大學(xué)資劍教授、石磊教授、香港城市大學(xué)蔡定平(Din-Ping Tsai)教授、中山大學(xué)董建文教授和哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)肖淑敏教授及其團隊直接參與了設(shè)備的研發(fā)工作。該項目首次實現(xiàn)了超構(gòu)透鏡的全面量測分析，相關(guān)成果已發(fā)表于國際知名光學(xué)期刊 Light: Science & Applications。

蔡定平教授是微納光子學(xué)領(lǐng)域的頂尖專家，是超構(gòu)透鏡的先行者和推動者。他認為，超構(gòu)透鏡是光學(xué)行業(yè)的突破性產(chǎn)品，將改變我們看世界的方式，具有重大的應(yīng)用前景。當(dāng)前正處于超構(gòu)透鏡量產(chǎn)的關(guān)鍵時期，誕生于單透鏡檢測的傳統(tǒng)技術(shù)已無法適用于晶圓級超構(gòu)透鏡檢測需求。該項目所開發(fā)的“干涉成像相位測量技術(shù)”有望成為未來晶圓級超構(gòu)透鏡檢測的首選方案。

相位：超構(gòu)透鏡的本質(zhì)

透鏡在生活中扮演著舉足輕重的角色，廣泛應(yīng)用于手機、相機、眼鏡、顯微鏡、投影儀等設(shè)備。隨著智能時代的到來，無人機、VR/AR虛擬實境等設(shè)備中也需要用到光學(xué)模組，對透鏡的體積、功能、光學(xué)參數(shù)、成像質(zhì)量提出了更高的要求。

超構(gòu)透鏡(Metalens)是隨著微納制程工藝的進步和超構(gòu)表面的研究發(fā)展而誕生的一種新型透鏡，突破了原有材料的物理極限。它由微米或納米結(jié)構(gòu)單元有效排列組成，具有平面化、小型化、集成化等優(yōu)勢，被視為下一代光學(xué)模組的核心元件。

晶圓級超構(gòu)透鏡

圖片來源：Metalenz官網(wǎng)；Light: Science & Applications 2020, 9 (1), 55.

超構(gòu)透鏡的工作原理是調(diào)控光波的相位分布，從而實現(xiàn)對光波波前的操縱。

然而，由于材料和加工工藝的限制，超構(gòu)透鏡實際調(diào)控的相位分布與設(shè)計的相位分布二者之間存在的差異將影響其光學(xué)性能。因此，對實際調(diào)控的相位分布進行全方位的表征和分析至關(guān)重要。

任何光學(xué)元件的工作原理都是對波前相位的調(diào)控

圖片來源：Light: Science & Applications 2021, 10 (1), 52-63.

AR-Meta 超構(gòu)透鏡光學(xué)檢測的智能化平臺

2019年，復(fù)享光學(xué)從超構(gòu)透鏡的設(shè)計原理出發(fā)，對其光學(xué)檢測過程開展系統(tǒng)性的分析，在“上海市優(yōu)秀技術(shù)帶頭人”項目的支持下，面向超構(gòu)透鏡、超構(gòu)表面、微透鏡陣列、DOE等新型微納器件的光學(xué)檢測，開發(fā)了第一代AR-Meta光學(xué)檢測系統(tǒng)，并成功推向市場。

經(jīng)過四年的技術(shù)迭代，AR-Meta實現(xiàn)了對三維光場和相位分布全方位的光學(xué)檢測，并已形成面向前沿科學(xué)研究和晶圓級檢測的系列產(chǎn)品，構(gòu)建了“超構(gòu)透鏡光學(xué)檢測的智能化平臺”。這將促進形成標(biāo)準(zhǔn)化的檢測規(guī)范，為優(yōu)化超構(gòu)透鏡的設(shè)計、加工工藝提供關(guān)鍵支撐。

AR-Meta應(yīng)用領(lǐng)域

AR-Meta 助力微納光子學(xué)的科研創(chuàng)新

在全球微納光子學(xué)領(lǐng)域，AR-Meta超構(gòu)透鏡光學(xué)檢測系統(tǒng)已服務(wù)中科院、復(fù)旦大學(xué)、中山大學(xué)、同濟大學(xué)、西湖大學(xué)、香港城市大學(xué)、韓國光云大學(xué)等相關(guān)課題組，研究成果已發(fā)表于多個高水平學(xué)術(shù)期刊。

AR-Meta能夠定量、可視化地表征超構(gòu)透鏡在空間上的多維光場調(diào)控能力。它采用了寬波段色差校正、消像差等光學(xué)設(shè)計，可在微米尺度實現(xiàn)可見-近紅外透反射光譜成像，便捷地獲取焦距、波相差、澤尼克像差、點擴散函數(shù)(PSF)、調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)、斯特列爾率、數(shù)值孔徑等關(guān)鍵性能指標(biāo)參數(shù)。

AR-Meta表征超構(gòu)表面的光場分布

圖片來源：韓國光云大學(xué) Sang-Shin Lee 教授等 Advanced Optical Materials 2019, 7 (9), 1801337-1801346.

AR-Meta表征超構(gòu)透鏡的相位分布

圖片來源：Light: Science & Applications 2021, 10 (1), 52-63.

第一代AR-Meta產(chǎn)品交付

圖片來源：中科院西安光機所，2019.8.30

AR-Meta 賦能晶圓級制造與檢測

近年，AR-Meta持續(xù)深入產(chǎn)業(yè)，不斷提升技術(shù)成熟度、拓展檢測應(yīng)用場景，已服務(wù)于多家光子芯片、AR/VR等領(lǐng)域的先鋒企業(yè)。

復(fù)享光學(xué)相信，光場和相位檢測技術(shù)能夠為超構(gòu)透鏡的設(shè)計改進、加工工藝優(yōu)化、缺陷控制、高通量檢測、品控保障等關(guān)鍵環(huán)節(jié)提供幫助，持續(xù)提高加工精度、提升產(chǎn)品良率，并最終促進超構(gòu)透鏡產(chǎn)業(yè)化進程。

超構(gòu)透鏡的產(chǎn)業(yè)價值鏈

迄今為止，超構(gòu)透鏡技術(shù)所取得的進展表明，它在光學(xué)、成像和顯示系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展方面具有廣闊的應(yīng)用前景。并且，超構(gòu)透鏡可以在與計算機芯片相同的制造廠中制造，有望在不久的將來實現(xiàn)規(guī)模性量產(chǎn)。超構(gòu)透鏡及其光學(xué)模組將為光通信、安防、智能駕駛、消費電子、醫(yī)療、科學(xué)儀器、傳感等領(lǐng)域帶來顛覆性的改變，而AR-Meta將成為超構(gòu)透鏡研發(fā)和制造過程中的配套保障，在光學(xué)量檢測中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

圖片來源：https://news.harvard.edu/gazette/story/2018/01/ground-breaking-lens-focuses-entire-spectrum-of-light-to-single-point/ ；Science 2016, 352 (6290), 1190-1194.

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