盡管消費者技術在過去數十年間取得了長足的進步，但有一個元器件領域依然是令人沮喪地停滯不前：光學透鏡。與體積不斷縮小、效率不斷提升的電子設備不同，今天光學透鏡的設計和基本物理在大約3000年里的歷史里并沒有發生太大變化。

這一挑戰已成為下一代光學系統發展的瓶頸，比如說虛擬現實。顯然，下一代光學系統需要結構緊湊、重量輕且具有成本效益的元器件。

在哈佛大學約翰·A·保爾森工程與應用科學學院，由費德里科·卡帕索（Federico Capasso）領導的團隊一直在探索下一代的透鏡組件。通過利用納米結構聚焦光的簡單平面表面來取代笨重的曲面透鏡，研究人員有望打開這一瓶頸。

在2018年，卡帕索的團隊開發出了一種消色差、無像差的超透鏡，其可以覆蓋整個可見光光譜。但由于直徑只有幾十微米，這對于虛擬現實和增強現實系統而言太小。

現在，研究人員已經開發一種兩毫米的消色差超透鏡，它可以聚焦RGB（紅、藍、綠）而不產生像差。另外，團隊同時開發了一種用于虛擬現實和增強現實的小型化顯示器。

                                              增強現實成像結果采用全彩色近眼光纖掃描顯示，你可以看到漂浮在真實場景中的RGB彩色虛擬圖像

卡帕索表示：“這種先進的透鏡為新型虛擬現實平臺開辟了一條道路，并克服了阻礙新型光學設備發展的瓶頸?！?/span>

團隊表示：“利用新的物理和新的設計原理，我們開發了一種平面透鏡來取代當今光學設備的笨重透鏡。這是迄今為止尺寸最大的RGB消色差超透鏡，并證明了這種透鏡可以放大到厘米級別，實現批量生產，并集成到商業平臺之中?！?/span>

像以前的超透鏡一樣，這種透鏡使用二氧化鈦納米鰭陣列來均勻聚焦光的波長并消除色差。通過工程設計這種納米陣列的形狀和圖案，研究人員可以控制紅光、綠光和藍光的焦距。為了將這種透鏡整合到虛擬現實系統中，研究小組使用了一種名為光線掃描的方法來開發近眼顯示器。

在2英寸玻璃晶圓制造的超透鏡和通過壓電管的掃描光纖。光纖尖端位于超透鏡的焦距內。光線沿著光纖傳輸并從掃描光纖尖端發出，在掃描光纖尖端形成顯示圖案。

這種顯示器的設計靈感來自基于光纖掃描的內窺鏡生物成像技術。它使用穿過壓電管的光線。當一個電壓被施加到電子管時，光纖尖端會左右上下掃描顯示圖案，并形成一個小型化的顯示器。這種顯示器具有高分辨率、高亮度、高動態范圍和寬色域等特點。

在VR或AR平臺中，超透鏡將直接位于眼睛前面，而顯示器則位于超透鏡的焦平面內。顯示器掃描的圖案會在超透鏡的幫助下聚焦到視網膜，并在那里形成虛擬圖像。

研究人員表示：“我們已經展示了超透鏡光學平臺是如何幫助解決當前虛擬現實技術的瓶頸，以及在我們日常生活中使用的潛能。”

團隊接下來的目標是進一步擴展透鏡，使其與當前大規模制造技術兼容，從而實現低成本量產。

原文來自映維網：https://news.nweon.com/82738