高效操控光线：超光学元件取代传统透镜

　　无论是传感器、相机还是显示器，超表面(Metasurface)都有潜力彻底改变我们日常生活中的光学系统。通过对光线更精准的操控，它们能够实现紧凑且多功能的解决方案。在2025年3月31日(星期一)开幕的汉诺威工业博览会上，卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究团队将展示一款光学元件。该元件可在高入射角条件下实现高效光控，突破了传统技术的限制。

　　当光照射到一种超光栅上，该光栅即使在陡峭入射角下也能偏转光波，从而为新型光学应用开辟了可能。(图片来源：Maryna Leonidivna Meretska，KIT)传统与超表面的对比

　　传统的曲面透镜通过玻璃或塑料的折射引导光线，通常体积笨重，且对光波的控制能力有限。相比之下，超表面为平面结构，由被称为"超原子"(Metaatom)的微小单元阵列构成。这些超原子可在亚波长尺度上调控光，从而精确控制光的相位、振幅和偏振态。

　　KIT纳米技术研究所研究组负责人Maryna Leonidivna Meretska博士解释道："利用超表面，我们能够定向调节光波的时间延迟、强度和振动方向。凭借其多重控制能力——即同步精准调控多个参数，单个超表面即可取代多个光学元件，在缩小系统体积的同时保持性能不妥协。"制造工艺也更为简化："超表面采用半导体行业的先进光刻与蚀刻技术生产，支持规模化制造。"Meretska补充道。效率四倍提升的超光栅Meretska团队将在汉诺威工博会上展示一款由KIT专用设备制造的光学衍射超光栅(Metagrating)。衍射光栅是光谱分析、通信和激光系统等工业应用中的核心光学元件。传统衍射光栅的效率会随入射角增大而急剧下降，而KIT研发的超光栅效率较传统系统提升四倍。

　　"我们的超光栅在苛刻条件下实现了前所未有的光控精度，这为未来需要精密光控的应用开辟了新可能。"Meretska表示。目前该技术已通过原型验证，研究团队正针对不同工业场景开发定制化解决方案。

　　多元应用场景超光学元件的平面特性使其特别适用于相机、传感器和增强现实(AR)显示器——在缩小体积的同时提升功能。其他潜在应用包括材料分拣与质检、医学成像、显微技术及太阳能电池。此外，依赖物体识别的机器人技术和自动驾驶领域也有望从超光学技术的进步中获益良多。