中國科學院光電技術研究所（以下簡稱“中科院光電所”）近期在超構表面光電器件的高效設計和大面積加工方面取得了一系列重要進展，為下一代高性能、微型化光學系統(tǒng)的發(fā)展提供了關鍵的技術支撐。

超構表面是由亞波長尺度的人工微結構單元構成的二維平面光學器件，能夠以極高的自由度調(diào)控光波的振幅、相位和偏振等特性。與傳統(tǒng)光學元件相比，超構表面具有輕薄、集成度高、功能多樣等顯著優(yōu)勢，在成像、顯示、傳感、通信及量子光學等領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力。如何實現(xiàn)復雜功能器件的快速、精準設計，以及如何將實驗室尺度的納米加工技術拓展至實用化的大面積、低成本制造，一直是制約其產(chǎn)業(yè)化的兩大核心瓶頸。

針對高效設計難題，中科院光電所的研究團隊創(chuàng)新性地發(fā)展了基于深度學習和拓撲優(yōu)化的智能設計方法。通過構建大規(guī)模的微結構單元性能數(shù)據(jù)庫，并訓練深度神經(jīng)網(wǎng)絡模型，實現(xiàn)了對超構表面光場調(diào)控特性的快速、精準預測與逆向設計。該方法將傳統(tǒng)“試錯”式或基于經(jīng)驗參數(shù)掃描的設計周期從數(shù)天甚至數(shù)周縮短至數(shù)小時，極大提升了設計效率與器件性能上限。研究人員成功將這一方法應用于寬波段消色差透鏡、多功能全息圖以及特殊光束生成器等復雜功能器件的設計，驗證了其卓越的有效性與通用性。

在大面積加工方面，團隊在納米壓印、激光直寫等微納制造技術基礎上取得了關鍵突破。他們開發(fā)了一種新型的、與CMOS工藝兼容的并行制造工藝，攻克了高深寬比納米結構均勻性控制、大面積圖案保真度維持以及加工缺陷控制等技術難題。該工藝能夠在數(shù)英寸乃至更大尺寸的基板上，一次性高效、高精度地制備出性能一致的超構表面器件陣列，顯著降低了單個器件的制造成本，為規(guī)模化生產(chǎn)鋪平了道路。利用該技術，團隊已成功制備出高性能超構透鏡陣列，其在可見光至近紅外波段均表現(xiàn)出優(yōu)異的成像質(zhì)量，為手機攝像模組、車載傳感器、增強現(xiàn)實（AR）眼鏡等消費電子和工業(yè)應用提供了全新的解決方案。

這些進展標志著我國在超構表面這一前沿光學領域的設計與制造能力達到了新的高度。高效智能設計方法與大規(guī)模可靠加工工藝的結合，不僅加速了實驗室成果向?qū)嶋H應用的轉化，也為未來在片上光學系統(tǒng)、超緊湊光學引擎、高性能光學偽裝等更廣闊領域的探索奠定了堅實的基礎。中科院光電所的相關成果已發(fā)表于《自然·通訊》、《先進材料》等國際頂尖學術期刊，并申請了多項核心發(fā)明專利，展現(xiàn)了我國科研機構在該領域的創(chuàng)新活力與競爭力。可以預見，隨著這些關鍵技術的持續(xù)優(yōu)化與整合，超構表面光電器件有望在不遠的深刻改變眾多技術領域的面貌。