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、微型化光學系統的發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控光波的振幅、相位和偏振等特性。與傳統光學元件相比，超構表面具有輕薄、集成度高、功能多樣等顯著優勢，在成像、顯示、傳感、通信及量子光學等領域展現出巨大的應用潛力。如何實現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，一直是制約其產業化的兩大核心瓶頸。
針對高效設計難題，中科院光電所的研究團隊創新性地發展了基于深度學習和拓撲優化的智能設計方法。通過構建大規模的微結構單元性能數據庫，并訓練深度神經網絡模型，實現了對超構表面光場調控特性的快速、精準預測與逆向設計。該方法將傳統“試錯”式或基于經驗參數掃描的設計周期從數天甚至數周縮短至數小時，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，為規模化生產鋪平了道路。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出優異的成像質量，為手機攝像模組、車載傳感器、增強現實（AR）眼鏡等消費電子和工業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模可靠加工工藝的結合，不僅加速了實驗室成果向實際應用的轉化，也為未來在片上光學系統、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明專利，展現了我國科研機構在該領域的創新活力與競爭力。可以預見，隨著這些關鍵技術的持續優化與整合，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。
