近日，美国罗切斯特大学研究团队宣布，开发出一种基于超表面（metasurface）的新型光学组件，可显著提升AR眼镜的图像亮度与清晰度，为轻量化、高能效的AR设备铺平道路，相关成果发表于学术期刊《Optical Materials Express》。
图片来源：美国罗切斯特大学
研究团队负责人Nickolas Vamivakas表示，目前多数AR眼镜的体积庞大、亮度不足且续航有限，尤其在户外环境中难以清晰显示。团队的新研究通过优化光输入端（波导耦合器），可有效提高亮度与能效，使AR眼镜更接近普通眼镜的佩戴体验。
据悉，传统AR波导耦合器因光线损失导致图像暗淡。因此，团队此次以超表面技术重新设计输入耦合器，将其划分为三个功能区段，每个区段都由纳米级结构组成，可高效地引导并控制入射光。超表面厚度仅为人类头发的千分之一，具备传统光学元件无法实现的光线操控能力。
实验中，研究人员采用电子束曝光与原子层沉积等精密工艺制造样品，并在自建光学系统中进行测试。结果显示，在水平视场角-10°至10°范围内，新设计的平均光耦合效率达30%，与模拟值31%高度一致，验证了设计的实用性与稳定性。
未来，团队将把该设计推广至整个波导系统，计划实现全彩显示，并改进制造工艺以提升良率与一致性。研究人员指出，要实现商业化，还需将该耦合器与实际微显示引擎整合，并开发低成本的批量制造流程。
该成果展示了超表面光学在下一代AR显示中的巨大潜力，有望解决当前设备在亮度、功耗和舒适度方面的瓶颈。
