超表面：颠覆性新一代光学平台
今天介绍的文章，题目为”Integrated metasurfaces for re-envisioning a nearfuture disruptive optical platform”，共同第一作者为韩国浦项科技大学Younghwan Yang, Junhwa Seong, Minseok Choi, Junkyeong Park，通讯作者为韩国浦项科技大学Junsuk Rho.文章于2023年6月发表于Light：Science & Applications上。
我们知道，超表面是一种亚波长人造微纳结构二维阵列，拥有比传统光学透镜小得多的体积，可实现对电磁波“随心所欲”地调控。既然超表面这么小，我们很自然想到可以将它集成在器件上，充分发挥轻薄的优势。那么，我们可以用它做点什么呢？
光源和探测器是手机相机与激光雷达等设备的关键组件，超表面与发射器和探测器集成后可以提高整个光学系统的分辨率和效率，使手机不需要配备大容量电池。比如超表面与VCSEL芯片集成，可以创建想要的光场分布。VCSEL和超表面都与CMOS工艺兼容，可以通过商业晶圆级制造工艺实现大批量制造。
*超表面与VCSEL集成（参考文献2）
传统LED因封装层的内反射使得光提取效率较低，可以用无序银纳米颗粒超表面集成在商用GaN LED上，光的提取效率提高1.65倍。
*超表面与LED集成（参考文献3）
将超表面设计为反射镜，嵌入OLED中。优化反射相位后腔体被设计为具有单独的 RGB 谐振，使发光效率最大，可获得高像素密度和两倍的发光效率。可通过低成本的纳米压印制造。可应用于商用 VR/AR 显示器中。
*超表面与OLED集成（参考文献4）
超表面与探测器集成同样有意想不到的效果。比如集成后可以将入射光聚焦到感光区域，提高CCD的效率。也可以通过特殊设计“过滤”掉与光敏区域波长不匹配的入射光。
*超表面与CCD集成（参考文献5、6）
通过与超表面的集成，还可以扩大CCD的视场角。通过使用多孔径组成的超表面实现高分辨率广角成像，可以应用在LiDAR和ToF相机中。
*超表面与CCD集成（参考文献7）
超表面是固定的结构，如果能想办法让它动起来就更好了。我们可以将MEMS/液晶与超表面集成，通过电驱动控制超表面的单元状态，实现动态控制。
*超表面与MEMS集成（来自原文）
当然，超表面也可以和传统折射光学器件集成，实现色差校正，减小系统体积。
*超表面与传统光学器件集成（来自原文）
将超表面与波导集成，可以将导波耦合到自由空间，实现多维全息等功能。
*超表面与波导集成（来自原文）
之前的文章也介绍过超表面在ARVR中的应用，有兴趣的朋友可以点击跳转【读文献15】超表面 X 增强现实：Meta in AR。
*超表面在AR/VR中的应用（来自原文）
超表面为光学设计提供了一个无限想象的平台,一切皆有可能。
*超表面的应用（来自原文）
参考文献
Reference
1.Yang Y, Seong J, Choi M, et al. Integrated metasurfaces for re-envisioning a near-future disruptive optical platform[J]. Light: Science & Applications, 2023, 12(1): 152.
2.Xie,Y.Y.etal.Metasurface-integratedvertical cavity surface-emitting lasers for programmable directional lasing emissions. Nat. Nanotechnol. 15, 125–130 (2020).
3.Mao, P. et al. Single-step-fabricated disordered metasurfaces for enhanced light extraction from LEDs. Light Sci. Appl. 10, 180 (2021).
4.Joo,W.J.etal.Metasurface-drivenOLED displays beyond 10,000 pixels per inch. Science 370, 459–463 (2020).
5.Uenoyama, S. & Ota, R. 40 × 40 metalens array for improved silicon photomultiplier performance. ACS Photonics 8,1548–1555 (2021).
6.Zou, X. et al. Pixel-level Bayer-type colour router based on metasurfaces. Nat. Commun. 13, 3288 (2022).
7.Zhang, L. et al. A wide-field and high-resolution lensless compound eye microsystem for real-time target motion perception. Microsyst. Nanoeng. 8, 83 (2022).
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