What is Metalens? 超穎透鏡

超穎透鏡技術：突破光學設計與應用的前沿

超穎透鏡與更廣泛的超穎表面技術，正逐漸成為光學系統中的一項革命性創新，能在提升系統性能的同時減少尺寸與重量。這些技術在複雜成像、照明裝置中展現了潛力，特別是單一的超穎透鏡往往能實現與多個傳統光學元件相同的效果。然而，如何設計並大規模生產能夠滿足需求的超穎透鏡仍是一大挑戰。

超穎透鏡通過在介電質表面排列微小的奈米級結構——稱為「超穎原子」（meta-atom）——來操控入射光的相位分佈，從而改變光線的行進方向。這些原子結構的形狀、大小和排列方式都可以任意設計，進而實現複雜的光學功能。雖然這些元件的主要功能是聚焦光線，但它們也能實現其他光學操作，如極化操控等。

設計一個功能完善的超穎透鏡需要跨越多尺度、多物理的模擬技術，來評估它們在不同尺寸和應用中的表現。超穎透鏡的應用範圍從數百微米到數厘米，這樣的規模

差異帶來了設計和製造上的挑戰。尤其是在像手機相機、擴增實境（AR）設備等系統中，超穎透鏡需要在保持優異光學性能的同時減少厚度與重量。

材料的選擇對於超穎透鏡的設計至關重要。不同應用對應著不同的目標波長，例如矽被廣泛應用於近紅外光學感應器，而可見光範圍的應用則使用二氧化鈦、氮化鎵等材料。

當前的製造方法多種多樣，包括電子束微影、DUV（深紫外線）微影和奈米壓印微影。電子束微影精度高，適合研究，但不適合大規模生產；DUV微影技術已在半導體行業成熟應用，能生成高解析度圖形；奈米壓印微影則提供了成本效益較高的量產方式。

然而，這些製造技術在進行Z軸方向的變化設計上存在一定的局限性，目前大多數超穎透鏡依然基於二維結構設計，這使得其在生產過程中存在一定挑戰，尤其是在大規模低成本量產方面。

超穎透鏡的應用潛力極其廣泛，涵蓋了從自動駕駛光學雷達、人臉識別、醫療內視鏡等設備，到監控系統、手機相機和AR/VR頭戴裝置等多個領域。超穎透鏡的輕量和小尺寸特性，使得它能夠替代傳統的體積龐大的光學系統元件，大幅降低整體系統的體積和重量，並提升性能。

隨著超穎透鏡技術的發展，製程設計資料庫（PDK）將可能成為設計師重要的工具。這種資料庫將結合晶圓代工廠的超穎原子結構，為設計師提供經過驗證的設計模組，讓他們可以專注於應用層面，而不是材料的波長設計。

此外，模擬技術在超穎透鏡設計中發揮關鍵作用。設計複雜的光學系統需要多尺度、多物理的模擬架構，來幫助設計師進行最佳化、公差評估和良率分析。隨著系統日益複雜，模擬技術將變得愈加重要，以保證超穎透鏡能夠在實際應用中表現出預期的效果。

超穎透鏡技術雖然在設計和製造上仍面臨挑戰，但其巨大的應用潛力使得它成為光學技術發展的前沿。隨著製造工藝的進步和模擬技術的完善，超穎透鏡有望為許多行業帶來革命性的變革，推動光學系統的性能提升和體積縮小。未來，隨著技術不斷成熟，超穎透鏡將在更多的領域發揮關鍵作用。