像报纸一样印刷的透镜时代…国产元透镜量产之路开启[读懂科学]

能够改变智能手机摄像头凸起和增强现实眼镜厚度极限的超透镜量产时代，已由韩国本土研究团队率先开启。过去受制于传统半导体工艺、仅停留在实验室水平的超薄超透镜，如今通过类似报纸印刷的卷对卷（R2R）连续生产工艺在全球首次实现，为下一代光学部件的商业化大幅提速。

科学技术信息通信部表示，成均馆大学研究团队（由 Jo Kyujin、Kim Inki 教授领衔）与浦项工科大学研究团队（由 Noh Joonseok 教授领衔）共同开发出了每秒可生产300片以上可见光超透镜的卷对卷纳米压印工艺技术。研究成果已发表于国际学术期刊《Nature》。

卷对卷纳米压印基础的超透镜量产工艺。(a) 聚合物模具制备及其用于卷对卷工艺。(b) 研究团队使用的成均馆大学先导研究中心卷对卷纳米压印设备照片。研究团队提供

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超透镜是一种能够在纳米尺度上调控光的相位、振幅和偏振的下一代平面光学器件。与传统折射透镜相比，它的厚度可减少数百倍，却仍能实现精密的焦点控制，因此一直被视为智能手机、增强现实眼镜、医疗成像、空间光学系统的核心部件。但由于需要采用深紫外光刻或电子束工艺，成本高昂且生产速度缓慢，商业化门槛一直居高不下。

研究团队摒弃以往刚性镍模具，改用柔性高分子复制模具，并将其应用于12英寸圆柱形滚筒，在柔性基板上连续压印超透镜，开发出一套自主工艺。字面意义上，就是像印刷报纸那样通过滚筒旋转源源不断地生产透镜。

关键在于可靠性。通过引入特殊表面处理技术，即便在长达200米的连续工艺中，也将首片与末片透镜的性能差异控制在几乎可以忽略的水平，从而确保了工艺的一致性。

借助这一系统，生产速度提升至每秒300片，较以往提高约100倍。同时，研究团队采用原子层沉积（ALD）方式镀覆高折射率二氧化钛（TiO₂）薄层，在可见光波段实现了超过90%的光效率，并在整个可见光范围内获得接近衍射极限的焦点以及0.8以上的施特列尔比。

这意味着，超透镜已不再只是实验室级别的样品，而是真正迈入可大规模量产的工业部件阶段。

制备的大面积超透镜。(a) 通过长达200米的连续工艺制备的超透镜阵列薄膜照片。(b) 制备出的12英寸晶圆尺寸超透镜阵列照片。(c) 通过扫描电子显微镜拍摄的超透镜纳米结构图像。研究团队提供

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本次成果在产业层面的带动效应巨大。最直接的变化体现在智能手机摄像头上。由于可将厚度较传统透镜减少数百倍，有望从根本上缓解智能手机长期存在的“凸起摄像头”问题。

同时，轻量化增强现实眼镜、超精密医疗成像设备、生物传感器以及卫星与空间光学系统等领域，都被认为具备立即导入的商业化潜力。尤其是超光学部件的量产，被视为未来推动光学部件“半导体化”“代工化”的关键转折点。

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成均馆大学的 Jo Kyujin、Kim Inki 教授以及浦项工科大学的 Noh Joonseok 教授表示：“我们首次在全球范围内证明，长期被认为因高成本而难以商业化的超透镜，实际上可以在接近真实工业生产线的条件下，以每秒300片以上的速度实现大规模量产。这将成为加速整个下一代光学产业商业化进程的关键基础。”

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