哈佛大学的研究人员在超表面技术领域取得了重大突破，他们成功创造了一种双层超表面，这一创新有望彻底改变 AR/VR 等应用的光学设计。

大约十年前，哈佛大学的工程师们首次公布了世界第一个可见光谱超表面。这种超薄的平面组件采用纳米级结构，能够精确地控制光的行为，成为传统、笨重的光学元件的强大替代品。如今，超表面已经广泛应用于 AR/VR 等多个领域。

然而，研究人员并未止步于此，他们一直在不断探索超表面技术的更多可能性。这次，他们创造了一种全新的双层超表面，这种超表面不是由一层，而是由两层二氧化钛纳米结构堆叠而成。在显微镜下观察，这种新组件就像一排密集的阶梯式摩天大楼，具有极高的复杂性和精细度。

据团队介绍，这种双层超表面开辟了一种全新的构造光的方式，可以以前所未有的精度设计光的所有方面，包括波长、相位和偏振。其中，衍射效率更是高达 80%，这是以往单层超表面所无法比拟的。

在过去，光学系统一直依赖于由玻璃或塑料制成的巨大曲面透镜来弯曲和对焦光线。然而，随着超表面技术的出现，这一传统方式正在被革命性地改变。超表面是由数百万个微小元件组成的平面超薄结构，能够以纳米级的精度操纵光，从而制造出超透镜等紧凑集成光学系统，为 AR/VR 等设备提供了新的可能性。

然而，以往的单层纳米结构设计存在一定的局限性，例如对偏振操纵的特定要求。为了克服这些限制，哈佛大学的研究团队利用纳米级系统中心的设施，提出了一种由两个超表面组成的独立结构制造工艺。这种工艺可以确保两个超表面牢固地结合在一起，但不会在化学方面相互影响，从而实现了更高的性能和更广泛的应用。

由独立二氧化钛（TiO2）纳米 fin 直接堆叠在一起组成的双层超表面在可见光谱中工作。每个纳米 fin 的高度为 600nm，可以在每一层实现独立的 0-2π 相位覆盖。这种垂直集成的方式可以实现更大但尚未开发的优势，包括偏振控制的全新可能性。

研究人员认为，这项研究将激发新的平面光学架构的发展，进一步推进偏振光学和波前整形应用，包括全息、结构光和光束转向等领域。对于 AR/VR 等应用来说，这一突破意味着更加紧凑、高效和先进的光学设计将成为可能，从而为用户带来更加沉浸式的体验。