集成超构外表重塑颠覆性光学渠道总述
超构外表（Metasues），一种亚波长人工结构的二维（2D）阵列，已作为传统的折射元件（ROE）和衍射光学元件（DOE）的代替技能而鼓起，它们能够以紧凑的外形尺度恣意操作出射光。
例如，超构外表能够为高端成像运用供给像差校正和衍射极限分辨率。此外，偏振挑选性焦点和边际勘探现现已过单片超构透镜输出光的空间工程偏振概括得到证明。类似地，超构外表还展现了各种史无前例的光学特性，例如通过运用很多轨道角动量（OAM）对视频进行从头编码，在高数值孔径（NA）以挨近共同的功率聚集，以及在三维（3D）空间中创立恣意偏振态。
这些杂乱的光学呼应通过精心规划的人工结构和准确纳米制作而完结，为构建具有紧凑尺度的高端光学器材拓荒了新的自由度。
近些年，通过将超构外表与发光二极管LED）、OLED、笔直腔面发射激光器（VCSEL）、电荷耦合器材（CCD）、微机电体系（MEMS）、液晶（LC）、波导、光纤乃至是传统ROE等组件集成，超构外表的研讨正在走向商业化。
通过将超构外表与这些光学组件集成，接纳器/发射器的功用得到了改善，完结了更好的接纳/发射功率。可调谐元件则为可重构电磁波操作供给了一种有用的办法。此外，通过对输入耦合器、输出耦合器和ROE的光学外表进行工程规划，能够准确地操控波前和色散。这些测验证明，超构外表能够通过集成其它规范光学组件引进现有设备。此外，现有研讨还指出了根据超构外表构建实践运用结构的多种或许计划。
据麦姆斯咨询介绍，为了推进超构外表集成光学体系的运用，有必要对集成超构外表进行总述，为辅导高端光学元件和超构外表的整合铺平道路。在此布景下，韩国浦项科技大学的研讨人员近期在Light: Science & Applications volume期刊上宣布了一篇总述文章，介绍了与发射器、接纳器、MEMS、LC、加热器、ROE、平面波导和光纤等规范光学元件整合的集成超构外表。这篇总述涵盖了在实践光子体系中运用的多种超构外表组件。此外，在总述的后半部分，研讨人员评论了超构外表集成光子渠道的最新开展，包含虚拟/增强实践（VR/AR）、激光雷达（LiDAR）以及光子传感器。最终，研讨人员还展望了超构外表集成光学元件需求战胜的首要应战。
根据超构外表的光学体系通过供给高分辨率接纳器、偏振操控单光子发射器和可调谐波前操控器取得了巨大成功。通过整合经典光学元件，平面波导、光纤和ROE的功用得到了扩展。此外，复合超构外表供给了空间波前操控、高端光学安全和偏振分析仪等。
超构外表集成接纳器用于进步功率（a和b）、挑选性（c）、波前分选（d和e）以及增强视场（FoV）（f）
MEMS集成超构外表用于MEMS驱动的超构透镜（a和b）、光束转向器（c）以及结构色像素（d和e）
跟着商场对高端激光雷达（LiDAR）和VR/AR技能的需求添加，其光学体系选用了透镜、波导和光纤等一系列光学组件。超构外表能够供给改善的功用，一起削减这些光学组件的尺度和分量。此外，超构外表的运用现已扩展到了光通信和核算范畴，凭仗其在高密度集成和削减发热方面的远景而备受重视。
超构外表集成平面波导用于结构光（a~c）、解复用（d和e）以及二极管（f）
但是，超构外表光学体系的商业化依然面对三个首要应战。一般来说，超构外表大多选用CMOS工艺制作，许多研讨人员以为，为商业设备引进超构外表，CMOS工艺有利于商业化。但是，这关于注塑成型或铣削等光学模块制作工艺来说通常是不可行的。此外，CMOS工艺的本钱比较ROE和DOE的出产办法更高，添加了超构外表集成光学渠道的总出产本钱。
另一个应战与超构外表的低功率有关。虽然超构外表的功率在单一波长下能够到达90%以上，但在可见光下，消色差超构透镜的功率（40%）依然低于传统ROE（>
95%，Thorlabs，消色差双合透镜）。因为整个光学体系的功率受限于其光学组件的最低功率，因而超构外表不适合于需求高效光操作的运用。
第三个应战在于超构外表的量化办法。与传统ROE和DOE比较，超构外表量化办法没有共同。例如，就超构透镜而言，各个小组界说了不同的功率界说，并运用了不同的丈量体系。因而，不同的品质因数不只使超构外表之间难以比较，而且当光学体系与超构外表集成时，也使它们无法与其它传统光学体系进行比较。
虽然存在这些应战，但咱们信任超构外表仍将是未来光学渠道规划的重要组成部分，例如轿车环境感知传感器、可穿戴设备显示器以及用于准确确诊的医疗保健监视器等。其纳米制作办法通过开展现已与先进的光学材料更兼容，而且其功率正跟着光学材料的带隙工程而不断进步。
例如，颗粒嵌入树脂和大面积、低损耗介电堆积办法最近被证明可用于超构外表制作，以挨近共同的功率完结了大面积超构外表的低本钱出产。这些办法完结了具有本钱效益的超构外表制作，其出产本钱将匹配传统ROE和DOE。
此外，最近有报导提出了超构外表的共同量化办法，研讨人员以为超构外表集成光学器材将是构建光子学渠道的一个很有出路的挑选，推进超构外表集成光子学在日常日子中取得广泛运用。
超构外表现已证明能够为操作电磁波供给一种有用且可行的途径，一起，业界对紧凑尺度和极致光操作的需求也在添加。为了将超构外表引进实践运用，应该将超构外表与过渡组件集成，而不是与传统光学体系直接竞赛。
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