微光学元件超表面；3D成像、传感、显示+智能手机、数字影院、智能大灯、激光雷达

“下一代计算平台一定是虚拟现实和增强现实（VR/AR）。”无疑，尽管“元宇宙”的成熟或出现在十年之后，但VR/AR技术必须先行！VR/AR技术的成熟，都离不开最基本的元件——微光学元件。微光学元件（Micro-optics elements）通常由微米级和纳米级结构组成，包括以反射型微光学元件、折射型微光学元件、衍射型微光学元件、光波导为代表的被动元件和以LED/激光器、光电探测器、光强和相位调制器为代表的主动元件。微光学元件其实并不陌生，以透镜（lens）、扩散片（Diffuser）、衍射光学元件（DOE）、MEMS微镜（MEMS Mirror）、自动对焦执行器（AF）、光学图像稳定器（OIS）等产品的形式存在于智能手机、数字影院、汽车智能大灯……而AR智能眼镜所用的核心微光学元件——光波导，其本质是一片高折射率透明基底，从基底侧边通过特定结构耦合入图像源的光束，在基底内进行全反射传播，传递到靠近人眼处，再通过特定结构耦合出，进入人眼，形成图像。光波导可分为几何光波导和衍射光栅光波导，后者是当前AR智能眼镜的主流技术。衍射光栅光波导的特征尺寸进入微纳米量级，纳米压印技术就成为了主要制造工艺。

超表面是超材料的一种特例，特指把亚波长尺寸器件在二维空间中排布实现特定的电磁特性。超表面和超材料在学术界已经受到了高度重视，随着与半导体技术的结合，有望将研究成果转化为实际产品，从而为微光学元件产品带来范式转换。2020年，激光雷达初创企业Lumotive推出首款商用固态激光雷达，采用了基于液晶超表面（LCM）的独创性光束操纵技术。而超表面透镜的出现，则有望颠覆智能手机摄像头产业，意法半导体（STMicroelectronics）已经在其最先进的12英寸晶圆代工厂进行该产品的量产布局。不管是手机摄像头、AR智能眼镜，还是激光雷达，甚至会有更多的智能产品，都会享受到超表面成功商业化带来的福利！

微光学元件是3D成像与传感、3D显示等技术发展和商业化的关键要素，未来前景不可限量！（1）微纳光学理论；（2）超表面（Metasurface）；（3）AR光学传感与显示技术；（4）裸眼3D显示技术；（5）衍射光学元件（DOE）；（6）近眼显示光波导；（7）MEMS微镜；（8）微光学元件的关键制造工艺：电子束光刻、纳米压印。

华中科技大学 副教授 易飞：超构表面（或称：超表面）是由具有特殊电磁属性的人工原子按照一定的排列方式组成的二维平面结构，可实现对入射光的振幅、相位、偏振等参数的灵活调控，具有强大的光场操控能力。超表面赋予了激光雷达、3D摄像头、AR/VR极具想象力的未来，逐渐成为热门的光学研究方向。

天津驭光科技有限公司 总经理 朱庆峰：AR智能眼镜被视为未来可穿戴设备的一大突破，有望与智能手机一样成为大众的必备物品。早在2013年，谷歌第一款智能眼镜Google Glass问世之后，市场一直处于不温不火的状态，技术成熟度、价格、用户体验等诸多因素是阻碍其进入大众生活的阻力。2021年，局面发生了改变，苹果、微软、谷歌、Magic Leap、Snap、Facebook等巨头厂商的AR智能眼镜布局进展显露，预示着该市场已经进入加速成熟的阶段。

苏州大学 教授 乔文：《阿凡达》导演卡梅隆作为电影3D技术的开拓者，对外宣传其续集《阿凡达2》将实现真正的裸眼3D显示。裸眼3D显示是信息显示的革命性进步，其无需佩戴眼镜、头盔等辅助设备，人眼就能感受3D视觉效果，逼真的景深及立体感极大地提高观看体验时的视觉冲击力和沉浸感，确实令消费者广受期待，但在技术实现过程中却是困难重重。

京驭光科技发展有限公司 董事长兼首席执行官 田克汉：衍射光学元件（DOE）是微光学元件的典型代表，也是3D传感和成像系统的核心元器件。自苹果发布具有3D人脸识别功能的iPhone X之后，DOE受到业界广泛关注。DOE通常采用微纳制造工艺构成二维分布的衍射单元，每个衍射单元可以有特定的形貌、折射率等，能够对光束进行分束、匀束、准直、偏离等各种操纵，近些年来广泛应用于3D摄像头、激光雷达、增强现实、混合现实等领域。

无锡微奥科技有限公司 副总经理 王鹏：MEMS微镜之所以成为大众耳熟能详的微光学元件，除了其在数字投影领域的成功商业化应用，近几年MEMS激光雷达热度提升也增加了MEMS微镜的曝光度。其实，这款基于MEMS技术的微光学元件在光刻机、OCT内窥镜、光谱仪等领域也有实用案例。