韩国实现超构透镜规模化生产，AR眼镜厚度瓶颈有望突破

据韩国科学技术信息通信部消息，韩国近日率先开启了超构透镜的大规模生产时代。由成均馆大学Kyu Jin Cho教授、Inki Kim教授以及浦项科技大学Junsuk Rho教授领导的联合研究团队，共同开发出了一种基于卷对卷（Roll-to-Roll）纳米压印的制造工艺，每秒可生产300片以上的可见光超构透镜。该研究成果已发表在国际顶级期刊《自然》（Nature）上。

超构透镜有望解决智能手机摄像头的凸起问题，并突破增强现实（AR）眼镜的厚度限制。韩国科学家全球首次实现了卷对卷纳米压印工艺，能够像印刷报纸一样连续生产超薄超构透镜，克服了以往半导体工艺只能在实验室制作原型的限制。这一突破显著加速了下一代超构光学元器件的商业化进程。

基于卷对卷纳米压印的超构透镜量产技术：（a）聚合物模具制造及使用该模具的卷对卷工艺；（b）研究团队使用的卷对卷纳米压印设备。

超构透镜是能在亚波长尺度上调控光的相位、振幅和偏振的下一代平面光学元器件。由于其厚度仅为传统折射透镜的几百分之一，并且能精确控制焦点，一直被视为智能手机、AR眼镜、医学成像和空间光学系统的核心组件。苹果（Apple）iPhone 17 Pro Max智能手机已经在其3D人脸识别Face ID模组中集成了光学超构表面DOE器件。然而，此前由于需要深紫外光刻（DUV）或电子束刻蚀工艺，生产成本高且速度慢，形成了极高的商业化门槛。

为此，韩国研究团队开发了一项原创制造工艺：使用涂覆在12英寸圆柱滚筒上的柔性聚合物复制模具，代替硬质镍模，从而在柔性基板上连续印刷超构透镜。本质上，该系统通过旋转滚筒，实现了类似报纸印刷的超构透镜“无限量”生产。

此外，成功的关键在还于确保可靠性。通过引入特殊的表面处理技术，研究人员能够保持工艺的一致性，使得在200米长的连续生产过程中，第一片超构透镜与最后一片超构透镜的性能差异几乎可以忽略不计。

该卷对卷纳米压印系统将生产速度提高到每秒300片以上，比传统方法快了约100倍。此外，通过应用原子层沉积（ALD）技术覆盖高折射率的二氧化钛（TiO₂）层，研究团队在可见光光谱中实现了超过90%的光学效率，并达到了衍射极限聚焦，在整个可见光范围内的斯特列尔比（Strehl ratio）超过0.8。

韩国研究人员表示，这标志着超构透镜不再仅仅是实验室里的原型，而是正式进入了大规模生产的商业应用阶段。

大面积制造的超构透镜：（a）通过200米连续工艺制造的超构透镜薄膜照片；（b）12英寸晶圆尺寸的超构透镜照片；（c）通过扫描电子显微镜（SEM）拍摄的超构透镜纳米结构图像。

超构透镜不仅在光学成像、3D传感方面具有重要的应用价值，还在轻量化AR眼镜、超精密医学成像设备、生物传感器以及卫星/空间光学系统方面也具有商业化潜力。特别是，超构透镜的大规模生产被视为商业化关键转折点，正推动超构光学元器件的“半导体化”量产应用。

研究人员表示：“我们向世界首次展示了基于卷对卷纳米压印的超构透镜大规模制造技术，这将加速下一代光学产业的商业化进程。”

来源：MEMS

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