哈佛大學的研究人員在超表面技術領域取得了重大突破，他們成功創造了一種雙層超表面，這一創新有望徹底改變 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採用納米級結構，能夠精確地控制光的行為，成為傳統、笨重的光學元件的強大替代品。如今，超表面已經廣泛應用於 AR/VR 等多個領域。
然而，研究人員並未止步於此，他們一直在不斷探索超表面技術的更多可能性。這次，他們創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構堆疊而成。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，具有極高的複雜性和精細度。
據團隊介紹，這種雙層超表面開闢了一種全新的構造光的方式，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，光學系統一直依賴於由玻璃或塑料製成的巨大曲面透鏡來彎曲和對焦光線。然而，隨著超表面技術的出現，這一傳統方式正在被革命性地改變。超表面是由數百萬個微小元件組成的平面超薄結構，能夠以納米級的精度操縱光，從而製造出超透鏡等緊湊集成光學系統，為 AR/VR 等設備提供了新的可能性。
然而，以往的單層納米結構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中心的設施，提出了一種由兩個超表面組成的獨立結構製造工藝。這種工藝可以確保兩個超表面牢固地結合在一起，但不會在化學方面相互影響，從而實現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，可以在每一層實現獨立的 0-2π 相位覆蓋。這種垂直集成的方式可以實現更大但尚未開發的優勢，包括偏振控制的全新可能性。
研究人員認為，這項研究將激發新的平面光學架構的發展，進一步推進偏振光學和波前整形應用，包括全息、結構光和光束轉向等領域。對於 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。
