研究背景
衍射光学处理器与超表面在先进光学计算与计算成像领域中扮演着关键角色。尽管衍射光学处理器与超材料展现出广阔的应用潜力，目前大多数相关研究仍受限于二维结构设计与长波长应用，主要原因在于三维衍射光学架构中的纳米特征加工难度极高。
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首次实现可见光波段的宽带、偏振无关的单向成像器件，突破传统技术瓶颈，填补该领域空白。 -
大面积纳米级多层衍射结构制造：采用高纯度熔融石英，成功实现大面积纳米级相位结构加工，确保器件在可见光下具备优异的光学透明性和热稳定性。 -
晶圆级多层纳米制造技术：在两层轴向精确对准的衍射层中，累计刻画约 5 亿个相位特征。此方法能在6英寸晶圆上达成数百至数千个多层衍射处理器的高通量制造，具备低成本、大面积量产优势，制造工艺与半导体工业流程兼容。 -
偏振特性：额外实验验证该器件在不同光偏振态下均能维持稳定的单向成像性能，进一步拓展其实用性。 -
优异的集成兼容性与扩展潜力：所采用的制程与电子器件兼容，具备良好的扩展性，可广泛应用于未来光电混合集成系统，适用于智能成像、光学信息处理、光通信等多元领域。
总结与展望
该研究首次在可见光波段实现了基于晶圆级纳米制造的单向成像，突破了传统光学隔离与成像器件的波长与加工限制。未来，这一平台有望应用于智能成像、光学加密、隐私保护、光通信以及下一代光学传感系统，助力开发新一代小型化、集成化、可编程光学器件。同时，该研究进一步验证了深度学习设计与纳米制造工艺融合在复杂光学功能实现中的强大潜力，为计算光学、信息光学和光电集成技术带来了新方向。
论文信息
Shen, CY., Batoni, P., Yang, X. et al. Broadband unidirectional visible imaging using wafer-scale nano-fabrication of multi-layer diffractive optical processors. Light Sci Appl 14, 267 (2025).
https://doi.org/10.1038/s41377-025-01971-2
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