近日，南方科技大学纳米科学与应用研究院、电子与电气工程系孙小卫讲席教授团队在国际学术期刊 Light: Science & Applications 上发表题为“An achromatic
metasurface waveguide for augmented reality displays”的研究论文。该研究提出了一种创新的超表面光波导技术，孙小卫团队首次解决增强现实（AR）色差问题，为AR显示技术的发展开辟了新的方向。
图1 超表面光波导AR显示系统示意图
在AR技术的演进过程中，显示系统始终面临着“更清晰”与“更轻薄”的双重挑战。从早期的反射镜显示到如今的光波导显示，技术的每一次迭代都在向这一目标迈进。衍射光波导因其超薄特性，已成为 HoloLens、Meta Orion 等主流AR设备的核心技术。然而，色散效应导致的图像失真问题一直是该领域的技术瓶颈。
孙小卫团队通过创新的逆向设计方法，提出了一种全新的解决方案：利用超表面耦合器和单层高折射率光波导，成功攻克了色差难题。超表面是一种由人工纳米结构组成的光学元件，能够精确调控光的相位、振幅和偏振特性。研究团队通过优化超表面耦合器的几何结构设计，确保RGB三色光在出射时具有一致的偏转角度与耦合效率，从而有效消除了色差问题。
图2 传统光波导与超表面光波导的对比：（a）传统光波导通过一阶衍射将光耦合到光波导中，导致波长依赖的偏转角度；（b）传统光波导的K矢量图，重叠的全彩视场角较小；（c）超表面光波导通过高阶衍射实现无色差的光耦合；（d）超表面光波导的K矢量图，具有更大的全彩视场角
这一技术突破不仅解决了传统耦合器件的色差瓶颈，还为全彩光波导显示提供了全新的技术路径。超表面波导技术具备多项显著优势：单层结构简化了制造工艺，高折射率设计扩展了视场角，优化的耦合效率确保了全彩显示效果。这些特点使其在下一代AR设备中展现出巨大的应用潜力，标志着AR显示技术即将迈入一个全新的发展阶段。
图3 AR全彩显示效果
