復享光學(xué) AR-Meta 首次實(shí)現超構透鏡全面光學(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(gè)項目完成專(zhuān)家評審。該計劃旨在選拔和培養一批進(jìn)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(jìn)其建設高水平科研梯隊和創(chuàng )新團隊，加快建設具有全球影響力的科技創(chuàng )新中心。其中，由復享光學(xué)承擔的“超透鏡檢測分析設備的研制”項目通過(guò)專(zhuān)家組評審，順利結項。

復旦大學(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備的研發(fā)工作。該項目首次實(shí)現了超構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(zhuān)家，是超構透鏡的先行者和推動(dòng)者。他認為，超構透鏡是光學(xué)行業(yè)的突破性產(chǎn)品，將改變我們看世界的方式，具有重大的應用前景。當前正處于超構透鏡量產(chǎn)的關(guān)鍵時(shí)期，誕生于單透鏡檢測的傳統技術(shù)已無(wú)法適用于晶圓級超構透鏡檢測需求。該項目所開(kāi)發(fā)的“干涉成像相位測量技術(shù)”有望成為未來(lái)晶圓級超構透鏡檢測的首選方案。

相位：超構透鏡的本質(zhì)

透鏡在生活中扮演著(zhù)舉足輕重的角色，廣泛應用于手機、相機、眼鏡、顯微鏡、投影儀等設備。隨著(zhù)智能時(shí)代的到來(lái)，無(wú)人機、VR/AR虛擬實(shí)境等設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、成像質(zhì)量提出了更高的要求。

超構透鏡(Metalens)是隨著(zhù)微納制程工藝的進(jìn)步和超構表面的研究發(fā)展而誕生的一種新型透鏡，突破了原有材料的物理極限。它由微米或納米結構單元有效排列組成，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。

晶圓級超構透鏡

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

超構透鏡的工作原理是調控光波的相位分布，從而實(shí)現對光波波前的操縱。

然而，由于材料和加工工藝的限制，超構透鏡實(shí)際調控的相位分布與設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(shí)際調控的相位分布進(jìn)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控

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

AR-Meta 超構透鏡光學(xué)檢測的智能化平臺

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

經(jīng)過(guò)四年的技術(shù)迭代，AR-Meta實(shí)現了對三維光場(chǎng)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，構建了“超構透鏡光學(xué)檢測的智能化平臺”。這將促進(jìn)形成標準化的檢測規范，為優(yōu)化超構透鏡的設計、加工工藝提供關(guān)鍵支撐。

AR-Meta應用領(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超構透鏡光學(xué)檢測系統已服務(wù)中科院、復旦大學(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(gè)高水平學(xué)術(shù)期刊。

AR-Meta能夠定量、可視化地表征超構透鏡在空間上的多維光場(chǎng)調控能力。它采用了寬波段色差校正、消像差等光學(xué)設計，可在微米尺度實(shí)現可見(jiàn)-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(diǎn)擴散函數(PSF)、調制傳遞函數(MTF)、斯特列爾率、數值孔徑等關(guān)鍵性能指標參數。

AR-Meta表征超構表面的光場(chǎng)分布

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

AR-Meta表征超構透鏡的相位分布

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

第一代AR-Meta產(chǎn)品交付

圖片來(lái)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持續深入產(chǎn)業(yè)，不斷提升技術(shù)成熟度、拓展檢測應用場(chǎng)景，已服務(wù)于多家光子芯片、AR/VR等領(lǐng)域的先鋒企業(yè)。

復享光學(xué)相信，光場(chǎng)和相位檢測技術(shù)能夠為超構透鏡的設計改進(jìn)、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)節提供幫助，持續提高加工精度、提升產(chǎn)品良率，并最終促進(jìn)超構透鏡產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

超構透鏡的產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈

迄今為止，超構透鏡技術(shù)所取得的進(jìn)展表明，它在光學(xué)、成像和顯示系統的持續發(fā)展方面具有廣闊的應用前景。并且，超構透鏡可以在與計算機芯片相同的制造廠(chǎng)中制造，有望在不久的將來(lái)實(shí)現規模性量產(chǎn)。超構透鏡及其光學(xué)模組將為光通信、安防、智能駕駛、消費電子、醫療、科學(xué)儀器、傳感等領(lǐng)域帶來(lái)顛覆性的改變，而AR-Meta將成為超構透鏡研發(fā)和制造過(guò)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(lái)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.

關(guān)于復享光學(xué)

復享光學(xué)是深度光譜技術(shù)的創(chuàng )導者，歷時(shí)十年，深耕微納光電子領(lǐng)域，發(fā)展智能化全光譜技術(shù)，著(zhù)力于光子學(xué)與人工智能的融合，形成了國際領(lǐng)先的深度光譜技術(shù)平臺，向市場(chǎng)提供從技術(shù)到產(chǎn)品，從模塊到系統的全面解決方案。

通過(guò)成立對接產(chǎn)業(yè)需求的“上海微納制程智能檢測工程技術(shù)研究中心”，并與復旦大學(xué)共建致力于研究微納制造前沿共性關(guān)鍵技術(shù)的“復旦大學(xué)光檢測與光集成校企聯(lián)合研究中心”，復享光學(xué)形成了多層次的研發(fā)平臺，以深度響應市場(chǎng)需求，持續推出突破性的產(chǎn)品。

復享光學(xué)已擁有國內外超3000家優(yōu)質(zhì)客戶(hù)，并與超170家半導體、高端材料、生物醫藥企業(yè)形成交流與合作，與客戶(hù)一起，致力于實(shí)現科學(xué)技術(shù)創(chuàng )新，推動(dòng)微納制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

參考文獻：

[1]  Science2011, 334 (6054), 333-337.

[2]  Science2016, 352 (6290), 1190-1194.

[3]  Advanced Optical Materials2019, 7 (9), 1801337-1801346.

[4]  Light: Science & Applications2021, 10 (1), 52-63.

[5]  Chemical Reviews2022, 122 (19), 15356-15413.

[6]  Nature Nanotechnology2018, 13 (3), 227-232.

[7]  Light: Science & Applications2018, 7 (1), 85.

[8]  Light: Science & Applications2020, 9 (1), 55.