尽管在过去的几十年里，消费技术有了长足的进步，但有一个部件却令人沮丧地停滞不前，那就是光学镜片。与多年来体积越来越小、效率越来越高的电子设备不同，如今的光学镜片的设计和基本物理原理在3000年左右的时间里并没有发生太大的变化。
这一挑战已经导致了下一代光学系统的发展瓶颈可穿戴式显示为虚拟现实，这需要紧凑、轻量化和成本效益高的组件。
在哈佛大学约翰·a·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)，由罗伯特·l·华莱士应用物理学教授费德里科·卡帕索(Federico Capasso)和电子工程高级研究员文顿·海斯(Vinton Hayes)领导的研究小组，他们正在研发新一代的镜片，这种镜片将用简单的、使用纳米结构聚焦光线的平面取代笨重的曲面镜片，有望突破这一瓶颈。
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2018年，卡帕索的团队开发了消色差、无像差的超透镜，可以在整个可见光谱中工作。但这些镜片的直径只有几十微米，对VR和增强现实系统。
现在，研究人员已经开发了一种两毫米的消色差超透镜，它可以对RGB(红、蓝、绿)颜色进行无像差的聚焦，并为虚拟和增强现实应用开发了一种微型显示器。“这种最先进的镜头开辟了一条通向新型虚拟现实平台的道路，并克服了阻碍新型光学设备发展的瓶颈，”该论文的资深作者卡帕索说。
“利用新的物理学和新的设计原理，我们开发了一种平板透镜，取代了当今光学设备的笨重透镜，”该论文的第一作者、海洋科学与工程学院博士后李兆义说。“这是迄今为止最大的rgb -消色差超焦透镜，证明了这些透镜可以放大到厘米大小，批量生产，并集成到商业平台上。”
像以前的超构透镜一样，这种透镜使用二氧化钛纳米鳍阵列来同等聚焦光的波长并消除色差。通过设计这些纳米阵列的形状和图案，研究人员可以控制红光、绿光和蓝光的焦距。为了将这种镜片整合到虚拟现实系统中，该团队使用一种名为光纤扫描的方法开发了一种近眼显示器。
该显示器的灵感来自于基于纤维扫描的内窥镜bioimaging技术，使用光纤通过压电管。当电压加到管上时，光纤尖端会左右上下扫描以显示图案，形成一个小型化的显示器。该显示器具有高分辨率、高亮度、高动态范围、宽色域等特点。
在VR或AR平台上，超构透镜将直接位于眼睛的前方，而显示器将位于超构透镜的焦平面内。在超构透镜的帮助下，显示器扫描到的图案聚焦到形成虚拟图像的视网膜上。对于人眼来说，在AR模式下，图像作为风景的一部分出现，与我们实际的眼睛有一定的距离。
李彦宏表示:“我们已经展示了元光学平台如何帮助解决当前虚拟现实技术的瓶颈，并有可能应用到我们的日常生活中。”
接下来，该团队的目标是进一步扩大透镜的规模，使其与目前的大规模制造技术兼容，以低成本大规模生产。
这项研究发表在科学的进步．
来源:哈佛大学
