罗切斯特大学研究团队设计并演示了一款新型光学元件，该元件可显著提升增强现实(AR)眼镜的亮度与图像质量，推动AR设备向轻便化、实用化迈进。“当前AR头显普遍存在体积大、续航短、亮度低等问题，尤其在户外场景下显示效果欠佳，”研究负责人尼克·瓦米瓦卡斯(Nick Vamivakas)表示，“通过优化显示屏输入端口设计，我们的成果有望让AR眼镜更明亮、节能，最终实现类似普通眼镜的轻便体验。”相关研究发表于《光学材料快报》杂志。

研究团队以超表面材料为核心，开发出具有三区域结构的波导耦合器，替代传统单区域设计。这种多区域耦合器通过超表面技术实现光线的高效弯曲与聚焦，其表面图案精度达人类发丝的数千分之一，可精准控制入射光的形状与传播路径。实验表明，新型耦合器能显著减少光泄漏，维持高图像质量，同时降低光损耗——这是传统AR设备图像清晰度不足的主要原因。

“我们首次通过实验验证了多区域设计的现实可行性，”瓦米瓦卡斯强调，“尽管当前聚焦于AR领域，但这种高效、角度选择性的光耦合技术同样适用于汽车抬头显示器、航空航天光学系统及先进传感器等紧凑型设备。”研究还建立了优化流程，综合考虑材料损耗与非理想效率等实际因素，弥补了纯理论模型的局限。

该成果基于团队前期理论工作，即多区域耦合器可实现最佳效率与图像质量。超表面光栅技术的进步使三区域精确定制成为可能，而电子束光刻与原子层沉积等先进制造工艺则确保了纳米结构的高精度构建。“本文首次弥合了理想化理论与实际应用间的差距，”瓦米瓦卡斯总结道。

更多信息： Pei Xiong 等人，《高效多区域超表面波导耦合器的设计与实验验证》，《光学材料快报》 (2025)。期刊信息： 《光学材料快报》