近日，聯盟理事長、南方科技大學納米科學與應用研究院執行院長孫小衛教授團隊在國際頂級學術期刊《Light: Science & Applications》上發表題為“An achromatic metasurface waveguide for augmented reality displays”的研究論文。該研究提出了一種創新的超表面光波導技術，首次從根本上解決了增強現實（AR）顯示中的色差問題，為AR顯示技術的發展開辟了新的方向。

在AR技術的演進過程中，顯示系統始終面臨著“更清晰”與“更輕薄”的雙重挑戰。從早期的反射鏡顯示到如今的光波導顯示，技術的每一次迭代都在向這一目標邁進。衍射光波導因其超薄特性，已成為HoloLens、Meta Orion等主流AR設備的核心技術。然而，色散效應導致的圖像失真問題一直是該領域的技術瓶頸。

圖1. 超表面光波導AR顯示系統示意圖

孫小衛團隊通過創新的逆向設計方法，提出了一種全新的解決方案：利用超表面耦合器和單層高折射率光波導，成功攻克了色差難題。超表面是一種由人工納米結構組成的光學元件，能夠精確調控光的相位、振幅和偏振特性。研究團隊通過優化超表面耦合器的幾何結構設計，確保RGB三色光在出射時具有一致的偏轉角度與耦合效率，從而有效消除了色差問題。

圖2. 傳統光波導與超表面光波導的對比。（a）傳統光波導通過一階衍射將光耦合到光波導中，導致波長依賴的偏轉角度；（b）傳統光波導的K矢量圖，重疊的全彩視場角較小；（c）超表面光波導通過高階衍射實現無色差的光耦合；（d）超表面光波導的K矢量圖，具有更大的全彩視場角。

這一技術突破不僅解決了傳統耦合器件的色差瓶頸，還為全彩光波導顯示提供了全新的技術路徑。超表面波導技術具備多項顯著優勢：單層結構簡化了制造工藝，高折射率設計擴展了視場角，優化的耦合效率確保了全彩顯示效果。這些特點使其在下一代AR設備中展現出巨大的應用潛力，標志著AR顯示技術即將邁入一個全新的發展階段。

圖3. AR全彩顯示效果。

該研究工作的第一作者為南方科技大學與鵬城實驗室聯合培養博士研究生田仲韜，孫小衛講席教授為唯一通訊作者。南方科技大學為第一通訊單位，鵬城實驗室為第二通訊單位。研究得到了國家科技部重點研發計劃和廣東省、深圳市等單位的資助支持。（來源：南方科技大學）