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超表面是一种由亚波长尺度的人工结构单元组成的二维平面结构，能够在亚波长尺度上对光的相位、振幅、偏振等特性进行精确调控，从而实现对光的传播、聚焦、成像等行为的有效控制，为现代光学元件与系统的小型化、集成化提供了全新的技术途径。哈佛大学 Capasso 课题组在 2011 年于《Science》杂志上发表的相关研究，是光学超表面领域的重要开创性工作，为后续该领域的研究和发展奠定了基础，开启了光学超表面技术研究的新纪元。
超透镜（Metalens）是一种二维平面透镜结构，由超表面聚焦光的光学元件制成。不过大家注意，Metalens并不是Microlens。
小型化与轻量化 - 光学超表面可替代传统成像系统中的多个光学元件，将复杂功能集成于超薄平面结构。如在手机摄像头中，可使镜头小型化、轻量化，为手机设计提供更多空间，不影响成像质量。比如上图，通过Metalens 可取代图像传感器上由多个聚焦透镜组成的透镜组。
2. 高分辨率与高灵敏度 - 优化超表面纳米结构设计，可精确聚焦和收集光线，提高成像分辨率和灵敏度。减少光线反射和散射损失，提高光利用率，在低光照下也能获取高质量图像。
3.多功能成像 - 超表面可实现多种光学功能集成，如聚焦、分光、偏振控制等。同一设备可实现多种成像模式，为多领域提供丰富信息获取手段。
然而，就当前而言，超表面要实现理想的成像透镜还面临着诸多挑战，技术难度依然较大，这也导致其目前主要应用于单波段领域。比如在现阶段，主要是在垂直腔面发射激光器（Vcesel）的光源透镜以及飞行时间（TOF）传感器的接收发射窗口等场景有所应用。
在最新的 iPad Pro M4的 Face ID 模块的照明器中，出现了一个超透镜。而在此之前，该 Face ID 模块一直采用的是传统设计，其中包含三个折射透镜以及衍射光学元件位于顶部。
另外意法半导体与 Metalenz 合作，将光学超表面技术应用于其VL53L8 直接飞行时间（dToF）传感器中。VL53L8在发射和接收窗口均采用了超表面透镜技术。
光学超表面不仅在成像光学领域大显身手，在显示光学方面同样表现卓越，具备诸多显著特点。
其一，轻薄集成化优势显著。光学超表面呈平面形态，这种特性使其能够无缝集成于显示面板之上，从而大幅削减显示系统的厚度与重量。以 AR 和 VR 设备为例，光学超表面可完美替代传统的透镜和波导组件，极大地提升了佩戴的舒适感，让用户能够长时间畅享虚拟世界而不会感到过度的负担。
其二，实现高分辨率与广视角体验。通过精心且精确地设计超表面的纳米结构，能够对光线进行更为高效的聚焦，并精准控制其传播方向。如此一来，显示分辨率得以显著提升，视角范围也得到了有效扩展。同时，精准校正相位差，有效减少光线的散射和损失，确保从各个角度观看时，图像始终清晰、色彩鲜艳且逼真。
其三，带来裸眼 3D 全新视觉感受。光学超表面具备独特的相位调制能力，这一特性使其能够突破传统，无需借助眼镜等辅助设备，即可实现令人惊叹的 3D 显示和全息显示效果，为用户带来身临其境的沉浸式视觉盛宴。
说到裸眼 3D 技术，不得不提及 RED 公司的 RED Hydrogen One 手机，其出众的 3D 显示技术正是源自 Leia 公司。而近期努比亚发布的 3D pad 也采用了 Leia 的解决方案，为用户带来了前所未有的3D 体验。Leica 公司巧妙运用超表面技术，成功地将这一创新技术融入到产品中。尤其是在近两年，随着人工智能技术在 3D 内容提取方面的不断进步以及 CPU 运算能力的显著提升，3D 技术的发展迎来了新的机遇。
