第78期“见微知著”培训课程：超构表面及超构透镜

麦姆斯咨询　｜　2026-04-24至2026-04-26　｜　无锡市锡山区

五、课程内容

课程一：超构表面设计原理与应用挑战

老师：浙江大学 研究员 马耀光（点此查看老师简介）

超构材料是一种由人工设计的亚波长微纳结构单元（通常称为“超构原子”）构成的功能材料体系。通过对结构单元及其空间排布的精细设计，超构材料能够对电磁波（如光波）和机械波（如声波）产生非常规的物理响应，从而实现自然界材料难以获得的奇特功能，例如负折射、突破衍射极限的成像与聚焦，以及可控的非互易传播等。作为超构材料的二维形式，超构表面可在超薄尺度上对光的振幅、相位、偏振等关键参量进行灵活且高效的调控，有望突破传统折射和衍射光学的性能边界和功能限制，推动低成本、高性能、超轻超薄及多功能集成光学器件的发展，因此，近年来引起了学术界和产业界的共同兴趣。本课程从物理机理、相位调控到正向设计方法，系统地回顾超构表面的设计原理；介绍这些机理如何用于实现丰富的应用，包括功能复用、宽带宽、大视场、多层级联、非局域超构表面等，涵盖最主要和最新的发展方向；最后讨论超构表面在走向实用化的道路上所面临的器件设计和加工制造方面的挑战，并对超构表面的未来发展进行展望。

课程提纲：

1. 偏振复用的超构表面；

2. 波长复用的超构表面；

3. 宽带的超构表面；

4. 大视场的超构表面；

5. 多层级联的超构表面；

6. 非局域超构表面；

7. 超构表面技术总结与展望。

课程二：基于超构光学的新型智能光学感知与传感

老师：北京理工大学 教授 张楠（点此查看老师简介）

当前，光学感知与传感技术在探测精度、灵敏度以及多参量信息融合等方面已取得显著进展。然而，传统光学感知系统通常依赖透镜、滤波片、分光片、偏振片等分立元件器构建复杂光路，导致系统体积庞大且笨重，难以满足新一代智能系统对小型化、低功耗及高集成度的迫切需求。随着微纳加工技术的持续进步，基于亚波长人工结构的超构光学元件可在单层平面结构中实现传统多级光学系统的复合功能，为满足上述需求提供了新的技术路径。近年来，超构光学在功能融合与智能响应方面取得了一系列关键突破：一方面，通过多维光场调控与多功能复用设计，实现了探测、成像、计算等功能的一体化集成；另一方面，结合电调、光调、热调及机械调制，构建了具备动态可重构能力的智能感知器件。此外，超构光学与探测器件的深度耦合推动了片上集成探测架构的发展，使得“光学调控-信息获取-信号处理”逐步向单芯片系统演进。本课程深入讲解超构光学在智能感知与传感领域的应用前沿、技术挑战与产业化前景。

课程大纲：

1. 光学感知与传感概述；

2. 基于超构光学的计算成像；

3. 基于超构光学的光电混合计算；

4. 基于超构光学的神经形态智能感知。

课程三：基于超构表面的光谱成像及多维成像

老师：南京大学 教授 王漱明（点此查看老师简介）

光学超构表面作为一种全新的平面光学技术，近年来取得了显著的进展，为各种光学成像开辟了广泛的应用前景。超构表面在对波前进行精确调控的同时，具有多功能、易于集成、轻薄和紧凑的优势。这些创新性的优势为基于超构表面的光谱成像及多维成像提供了新的可能性。光谱成像作为融合光谱与空间信息的关键技术，已在科学研究与工程应用中展现出重要价值。然而，受限于传统光学材料固有的色散特性，光谱成像系统通常结构复杂、体积庞大。得益于超构表面对光场相位的精确调控能力，新型高效色散分光解决方案应运而生，并推动紧凑型光谱成像系统的发展。除色散分光机制外，滤波是另外一种达到光谱成像这一目标的思路，通过精细设计的超构表面可实现对特定频率/波长的选择性响应，从而构建轻薄、高效的片上集成式光谱滤光器。本课程综述基于超构表面的光谱成像原理及技术研究进展，包括超色散型、窄带滤波型、宽带滤波型，并介绍它们的应用现状及未来前景；此外，本课程还会讲解基于超构表面的多维成像、折超混合成像、量子成像等创新性成像技术。

课程提纲：

1. 基于超色散机理的超构表面光谱成像；

2. 基于窄带滤波机理的超构表面光谱成像：透射型、吸收型、反射型；

3. 基于宽带滤波机理的超构表面光谱成像；

3.1 随机分布的光谱响应曲线；

3.2 光谱重建算法；

4. 基于超构表面的多维成像；

4.1 偏振成像；

4.2 强度操控；

5. 基于超构表面的其它类型成像；

5.1 折超混合成像；

5.2 量子成像；

6. 光谱成像及多维成像的应用现状及展望。

课程四：超构光学：从透镜成像到智能视觉

老师：湖南大学 教授 胡跃强（点此查看老师简介）

当前，光学成像技术在高分辨率、高图像质量、宽光谱响应等方面已取得显著进展。然而，主流光学成像系统仍主要依赖成熟的折射光学元件（如传统透镜），导致整体结构体积较大、集成度受限。而消费、工业和汽车市场对成像系统微型化和轻量化的需求持续提升，因此，研制更小、更轻薄的光学元件至关重要。超构光学是一种利用超构材料在亚波长空间尺度上实现光场多维度调控的新兴技术。基于超构光学的平面透镜（简称：超构透镜）受益于微纳加工技术的持续进步，不仅具备超薄、轻量、多功能的优点，还可显著提升成像系统的集成度，甚至能够实现对传统成像分辨率极限的突破。近年来，超构透镜的成像性能方面取得了令人振奋的进展，包括光学效率提升、宽带消色差能力增强等，这些成果表明其正逐步从实验室研究走向实际应用。在产业层面，折射透镜与超构透镜相结合的混合光学架构已被提出并初步应用，以加速其在智能手机摄像头等场景中的落地。此外，超构光学还为计算光学与光学计算的深度融合提供了新的物理平台，从而有望推动具备智能视觉感知能力的新一代成像系统的发展。本课程首先概述超构光学与智能视觉，然后深入讲解介质超构透镜基础原理、研究现状、成像应用、挑战及产业化，最后阐述由超构光学驱动的一体化方案在芯片级智能视觉感知中的巨大发展潜力。

课程提纲：

1. 超构光学与智能视觉概述；

2. 介质超构透镜基础原理；

3. 介质超构透镜在微型成像系统中的应用；

4. 介质超构透镜面临的挑战与产业化进展；

5. 超构光学赋能智能视觉感知；

6. 面向芯片级智能视觉感知的未来愿景。

课程五：超构透镜关键技术及应用

老师：南京理工大学 教授 俞叶峰（点此查看老师简介）

超构透镜被称为第三代光学透镜，是一种由亚波长人工结构单元阵列构成的平面型光学超构表面，其核心在于通过对入射光波前的工程化调控实现光束聚焦功能。超构透镜能够对光场的相位、振幅及偏振等多维参量进行精确调控，在一定程度上突破了衍射极限对成像性能的约束，为实现远场超分辨成像系统提供了新的技术路径。超构透镜的常用材料包括金属和介质两大类，此外还涉及金属与介质混合类型。其中，低损耗、高折射率的介质材料更适合制造超构透镜。与传统的折射透镜相比，超构透镜具有轻薄、易集成、兼容半导体制造工艺的优点，有望成为推动光学系统朝“微型化、集成化、智能化”方向发展的关键驱动力。此外，超构透镜与人工智能（AI）技术的结合或将成为未来发展趋势。回顾近十年发展，超构透镜经历了从原理创新、概念验证、成果转化到商业应用的过程，器件性能持续优化，商用产品不断涌现，应用场景加速落地。本课程介绍超构透镜发展历程，详解超构透镜设计、制造、测试及应用，最后进行技术总结与展望。

课程提纲：

1. 超构材料、超构表面和超构透镜；

2. 超构透镜发展历程；

3. 超构透镜设计、制造和测试；

4. 超构透镜典型应用案例；

5. 超构透镜技术总结与展望。

课程六：颠覆光学的下一代超构透镜：创新设计方案与案例

老师：是德科技（Keysight） 高级应用工程师 薛登攀（点此查看老师简介）

超构透镜代表光学技术领域的一次颠覆性突破，其通过亚波长人工结构实现对光的空前精确调控，有望在从消费电子设备到高端科学仪器的广泛应用领域中带来革命性变化。是德科技（Keysight）提供行业领先的超构透镜设计工具和解决方案，使工程师能够高效、精确地进行超构透镜的设计、仿真和制造，更能有效减轻计算负担并节省宝贵时间。例如，是德科技（Keysight）推出的MetaOptic Designer是全球首款支持逆向设计功能的全自动超构透镜商业设计工具，它可以根据工程师设定的设计目标，自动优化超构透镜性能，实现最佳聚焦效率与整体光学表现。该工具的设计结果不仅提供超构透镜的各类性能指标，还可直接输出用于制造的GDS文件，以及用于后续仿真分析的RSoft™ CAD文件。本课程探索下一代超构透镜光学架构，深入讲解微纳结构设计方法，分享超构透镜全流程设计与应用案例，剖析混合式超构透镜创新方案，并展望未来发展趋势。

课程提纲：

1. 探索下一代超构透镜光学架构——突破传统设计极限；

2. 深入微纳结构设计——掌握决定性能的关键因子；

3. 纯超构透镜全流程设计与应用案例——从原理到落地实现；

4. 混合式超构透镜创新方案——纳米结构与传统光学的完美融合；

5. 超构透镜未来趋势展望。

课程七：基于超构表面的增强现实（AR）显示技术

老师：华中科技大学 教授 张诚（点此查看老师简介）

增强现实（AR）是一种将真实场景与计算机生成信息进行融合的交互式体验技术。理想的AR显示系统需在轻量化、便携性与成像质量之间实现综合优化。然而，现有的AR显示系统主要依赖传统折射、反射及衍射光学元件的组合，其受限于固有物理机制，不仅在光场调控自由度方面存在不足，还普遍具有体积庞大、色散严重等问题。近年来，光学超构表面凭借其亚波长结构所赋予的紧凑尺寸及对光场多参量的灵活调控能力，被认为有望解决上述问题，为新一代AR显示系统提供关键技术支撑。超构表面不仅能够在一定程度上替代传统光学元件，实现高分辨率、高质量的AR显示，还可通过调控发射光场特性，对LED/OLED等光源的发射光谱进行工程化优化，从而提升显示亮度等关键性能指标。本课程阐述基于超构表面的AR显示技术原理、应用、挑战及未来展望，深入讲解三种典型超构表面器件（超构透镜、超构表面耦合器和超构表面全息器件）设计要点及在AR显示领域的研究进展，并介绍它们在不同形式的AR显示中发挥的重要作用。

课程提纲：

1. AR显示解决方案及系统组成；

2. AR显示超构表面的构成材料和制造技术；

3. AR显示超构透镜（Metalenses）；

4. AR显示超构表面耦合器（Metacouplers）；

5. AR显示超构表面全息器件（Metaholograms）；

6. 基于超构表面的AR显示技术挑战与展望。

课程八：超构表面在信息光电子领域的应用探索

老师：武汉大学 教授 郑国兴（点此查看老师简介）

微电子技术的进步推动了电子器件从“分立”向“集成”的跨越，并凭借“摩尔定律”式的指数级增长，在成本、功耗及集成度上实现了质的飞跃。然而，随着硅基工艺逼近物理极限，单纯依靠电子载体已难以突破信息系统的性能瓶颈。光子技术凭其高带宽、低延迟及高并行的先天优势，成为破局的关键，驱动信息系统向“电光协同、互补并重”的新范式转型。其中，光学超构表面作为新一代“光子调控者”，凭借亚波长人工结构实现了对光场前所未有的灵活掌控，在探测、成像、通信、计算、显示、编码等信息技术领域具有巨大的应用潜力。更重要的是，超构表面还可以采用与半导体加工工艺兼容的制造方法，在CMOS或MEMS代工厂实现批量生产。这也有助于实现超构表面与光电子器件的片上集成，推动“光电融合”的进一步发展。本课程从超构表面多维度光场调控的理论基础出发，深入讲解超构表面关键技术及其在信息光电子领域的应用。

课程提纲：

1. 超构表面多维度光场调控的理论基础；

2. 基于超构表面的波束控制与光无线通信；

3. 基于超构表面的多功能图像显示与信息隐藏；

4. 基于超构表面的超紧凑偏振光谱成像；

5. 基于超构表面的全光数字计算与模拟计算；

6. 超构表面在信息光电子领域的应用总结与展望。

课程九：液晶基动态可调谐超构表面技术与应用

老师：南方科技大学 教授 刘言军（点此查看老师简介）

超构表面凭借极高的设计自由度，显著推动了超薄平面光学器件的发展。然而，稳定的贵金属静态电子密度和电介质材料光学常数，以及固定的结构几何形貌，导致传统超构表面的电磁响应在制备完成后即被“锁定”——呈现出静态特性，难以适应复杂多变的应用场景。因此，开发具备动态重构能力的可调谐超构表面，实现对光场参量的实时调控，对于突破应用瓶颈、拓展技术边界具有重要意义。超构表面的动态重构可通过多种物理机制实现，主要包括机械、热、电、光及化学调谐等路径；在材料层面，则依托液晶、导电氧化物、二维材料及相变材料等功能介质，为实现多维度光学响应调控提供重要支撑。其中，液晶材料凭借成熟的工艺体系与良好的量产能力，同时兼具频带响应宽、相位调制能力强、生物相容性好、调谐机制多样化等优点，在推动可调谐超构表面朝产业化方向发展发挥着重要作用。本课程概述各种动态可调谐超构表面，详解基于液晶材料的电/热/光调谐动态超构表面技术及应用。

课程提纲：

1. 液晶材料及物理光学特性概述；

2. 动态可调谐超构表面概述；

3. 液晶基电调谐动态超构表面；

4. 液晶基热调谐动态超构表面；

5. 液晶基光调谐动态超构表面；

6. 动态可调谐超构表面的应用。

课程十：从MEMS平移重构超构表面到级联超构表面

老师：电子科技大学 研究员 朱伟明（点此查看老师简介）

超构表面能够对电磁波的相位、振幅、偏振等物理参量进行前所未有的调控，微纳加工技术的发展进一步推动了超构表面在显示、成像、传感等领域的应用落地。然而，传统超构表面多为静态器件，其功能在设计和制造后基本固定，限制了其应用范围。为了突破这一限制，可调超构表面应运而生，其通过引入外部激励（如机械、电、光、热），可以动态改变单元结构的电磁响应或其周围的环境介质。其中，基于MEMS技术的机械激励方法因其高精度位移控制能力，成为实现可调超构表面的重要路径之一。MEMS平移重构超构表面的核心机制在于通过微机电系统驱动超构表面的整体或局部（单元结构）产生空间位移，具备显著的调控深度优势，能够提供完整的0−2π相位覆盖，从而实现连续的相位梯度构建，并在高效光束偏转与扫描应用中表现出卓越的动态调控能力。本课程详细讲解MEMS平移重构超构表面起源、发展、制备工艺及应用，并将其与级联超构表面进行对比分析。

课程提纲：

1. 可调超构表面概述；

2. MEMS平移重构超构表面的起源和发展；

3. MEMS超构表面的制备工艺和技术局限；

4. MEMS超构表面 vs. 级联超构表面；

5. MEMS超构表面和级联超构表面的应用；

6. 可调超构表面总结与展望。

课程十一：基于MEMS的超构材料器件与系统

老师：清华大学 副教授 赵晓光（点此查看老师简介）

超构材料由周期性排列的亚波长人工结构单元构成，展现出前所未有的电磁响应特性，但大多数第一代超构材料仅有静态响应，限制了其实际应用范围。由于，通过在结构单元层级修改几何参数或材料特性，可以精确设计等效介电常数与磁导率。因此，将天然材料与微纳米机械系统（MEMS/NEMS）引入超构材料单元，能够建立可重构的能力，从而实现动态响应，例如频率可调响应、开关与调制，以及面向宽频段应用的多功能器件。基于MEMS的可调超构材料通过引入可控机械运动，实现了对电磁响应的动态、精确控制，在性能上突破了传统静态超构材料的限制。尽管在可靠性、制造与系统集成方面仍面临挑战，但随着微纳制造技术与系统工程能力的不断提升，该领域有望在未来光学探测与成像、智能传感与信息处理等方向发挥关键作用。本课程讲解MEMS与超构材料集成方面的关键技术及研究进展，内容涵盖从基础物理机制到功能器件构建，探讨超构材料增强的传感器和探测器、空间光调制器以及完美吸收器等，展示由MEMS执行器驱动的电磁波动态操控（例如群延迟和偏振态调控），旨在揭示超构材料在未来集成光电子学中的广阔应用前景。

课程提纲：

1. 超构材料与超构表面概念；

2. 可调超构材料技术；

3. MEMS可调超构材料设计；

4. MEMS可调超构材料制备工艺；

5. MEMS可调超构材料器件与系统；

6. MEMS可调超构材料挑战与展望。

课程十二：光学超构表面微纳加工技术及其在微显示中的应用

老师：湖南大学 教授 胡跃强（点此查看老师简介）

超构表面被广泛视为第三代新型光学元件，围绕其设计、制造、装备与材料体系实现自主可控，对于在新一轮光电信息产业变革中占据主动具有重要意义。在从紫外、可见光至红外的宽光谱范围内，超构表面的实现对微纳加工技术提出了严苛要求，包括极小特征尺寸、超高加工精度、高深宽比结构、复杂材料体系以及跨尺度、多维度高精度对准等问题，这些因素均对超构表面的规模化制造构成显著挑战。目前，深紫外光刻（DUV）、纳米压印光刻（NIL）被认为是实现光学超构表面规模化制造的两种最具潜力的技术路径。在超构光学应用层面，通过将超构表面与液晶体系相结合，可实现偏振不敏感的非时序单芯片全彩显示方案，为增强现实（AR）微显示技术提供全新的实现范式，并有望重塑其产业发展格局。本课程全面讲解超构表面的微纳加工技术，重点突出主流量产技术路径，并以集成超构表面的LCoS显示芯片为例，阐述从设计到制造的关键环节。

课程提纲：

1. 微纳加工技术与超构表面；

2. 光学超构表面主流微纳加工技术；

3. 集成超构表面的LCoS芯片设计；

4. 基于微纳加工的meta-LCoS芯片制造与表征；

5. meta-LCoS技术应用前景与未来方向。

课程十三：纳米压印光刻及超构表面/超构透镜量产工艺

老师：杭州欧光芯科技有限公司/国科大杭高院 创始人兼CEO/博士生导师 张琬皎（点此查看老师简介）

纳米压印光刻（NIL）是一种可实现纳米级加工精度的先进光刻技术，能够在大面积衬底上实现亚10 nm分辨率结构的高效复制——将压印模板的微纳图案转印至衬底。这项技术曾被美国麻省理工科技周刊评为“将改变世界的十大新兴技术之一”。近些年，纳米压印技术在微纳光学领域的应用不断拓展，已被广泛应用于衍射光学元件（DOE）、微透镜阵列、光波导器件、线栅偏振片及超构表面等。值得关注的是，通过将TiO₂纳米颗粒引入NIL树脂体系，研究人员构建了高折射率功能材料，从而实现了可见光波段超构表面的单步成型制造，为高性能、低成本超构光学器件的大规模生产提供了新的技术路径。本课程首先概述纳米压印光刻技术及国内外最新进展，然后详解纳米压印光刻工艺流程、模具制作、设备及材料等，同时也会分享基于8英寸晶圆衬底的近红外/可见光超构光学器件量产工艺，最后进行应用展望。

课程提纲：

1. 纳米压印光刻技术概述及国内外进展；

2. 纳米压印光刻工艺流程；

3. 纳米压印光刻模具制作；

4. 纳米压印光刻设备及材料；

5. 基于纳米压印光刻的近红外超构表面/超构透镜量产工艺；

6. 基于纳米压印光刻的可见光超构表面/超构透镜量产工艺；

7. 纳米压印光刻在超构表面/超构透镜中的应用展望。

六、培训报名及培训赞助咨询

报名咨询：请发送电子邮件至[email protected]，邮件题目格式为：报名+超构表面及超构透镜+单位简称+人数。

培训赞助：请致电联系彭女士（17368357393），或麦姆斯咨询固话（0510-83481111）。

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联系人：彭女士
电话：17368357393
E-mail：[email protected]