哈佛大學的研究人員在超表面技術(shù)領域取得了重大突破，他們成功創(chuàng)造了一種雙層超表面，這一創(chuàng)新有望徹底改變 AR/VR 等應用的光學設計。

大約十年前，哈佛大學的工程師們首次公布了世界第一個可見光譜超表面。這種超薄的平面組件采用納米級結(jié)構(gòu)，能夠精確地控制光的行為，成為傳統(tǒng)、笨重的光學元件的強大替代品。如今，超表面已經(jīng)廣泛應用于 AR/VR 等多個領域。

然而，研究人員并未止步于此，他們一直在不斷探索超表面技術(shù)的更多可能性。這次，他們創(chuàng)造了一種全新的雙層超表面，這種超表面不是由一層，而是由兩層二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)堆疊而成。在顯微鏡下觀察，這種新組件就像一排密集的階梯式摩天大樓，具有極高的復雜性和精細度。

據(jù)團隊介紹，這種雙層超表面開辟了一種全新的構(gòu)造光的方式，可以以前所未有的精度設計光的所有方面，包括波長、相位和偏振。其中，衍射效率更是高達 80%，這是以往單層超表面所無法比擬的。

在過去，光學系統(tǒng)一直依賴于由玻璃或塑料制成的巨大曲面透鏡來彎曲和對焦光線。然而，隨著超表面技術(shù)的出現(xiàn)，這一傳統(tǒng)方式正在被革命性地改變。超表面是由數(shù)百萬個微小元件組成的平面超薄結(jié)構(gòu)，能夠以納米級的精度操縱光，從而制造出超透鏡等緊湊集成光學系統(tǒng)，為 AR/VR 等設備提供了新的可能性。

然而，以往的單層納米結(jié)構(gòu)設計存在一定的局限性，例如對偏振操縱的特定要求。為了克服這些限制，哈佛大學的研究團隊利用納米級系統(tǒng)中心的設施，提出了一種由兩個超表面組成的獨立結(jié)構(gòu)制造工藝。這種工藝可以確保兩個超表面牢固地結(jié)合在一起，但不會在化學方面相互影響，從而實現(xiàn)了更高的性能和更廣泛的應用。

由獨立二氧化鈦（TiO2）納米 fin 直接堆疊在一起組成的雙層超表面在可見光譜中工作。每個納米 fin 的高度為 600nm，可以在每一層實現(xiàn)獨立的 0-2π 相位覆蓋。這種垂直集成的方式可以實現(xiàn)更大但尚未開發(fā)的優(yōu)勢，包括偏振控制的全新可能性。

研究人員認為，這項研究將激發(fā)新的平面光學架構(gòu)的發(fā)展，進一步推進偏振光學和波前整形應用，包括全息、結(jié)構(gòu)光和光束轉(zhuǎn)向等領域。對于 AR/VR 等應用來說，這一突破意味著更加緊湊、高效和先進的光學設計將成為可能，從而為用戶帶來更加沉浸式的體驗。