Adv. Opt. Mater. |终结偏色难题！韩科学家研发超材料图像传感器，为下一代CMOS铺路
发布时间：2026-02-28 14:43:52 阅读数： 18
纳米光子彩色路由器对斜入射具有很强的鲁棒性。
智能手机摄像头正变得越来越小巧，照片却越来越清晰。韩国研究人员通过开发一种新型图像传感器技术，突破了下一代智能手机摄像头的极限——该技术能准确还原色彩，无论光线以何种角度入射。团队通过运用“超材料”实现这一突破，这种材料能设计光线在肉眼不可见的微观结构中的传播路径。
新型超材料色彩路由器
由电气工程学院张敏硕教授领导的研究团队，联合汉阳大学郑海俊教授团队，成功开发出基于超材料的图像传感器技术，该技术可在光入射角度变化时仍能稳定分离色彩。
该研究成果发表于《先进光学材料》期刊。
传统智能手机相机通过将光线聚焦至微型镜头来捕捉图像。然而随着像素尺寸极度微缩，仅靠镜头已难以收集充足光线。
为了解决这个问题，纳米光子颜色路由器应运而生。这项技术并非通过透镜聚焦光线，而是利用肉眼不可见的微观结构，精确地按颜色分离入射光。通过设计光线传播路径，这种基于超材料的结构能够将光精确地分解为红光 (R)、绿光 (G) 和蓝光 (B)。
三星电子已将该技术应用于实际图像传感器，命名为“纳米棱镜”，展现出商业化潜力。理论上，通过堆叠多层极精细纳米结构，可实现更强的集光能力和更精准的色彩分离。
解决斜入射问题
然而，现有的纳米光子色彩路由器存在局限性。当光线垂直入射时，它们能正常工作；但当光线以倾斜角度入射时——这在智能手机摄像头中很常见——其性能会显著下降，甚至导致色彩混杂。这一被称为“斜入射问题”的缺陷，被视为实现实际产品应用必须攻克的关键挑战。
研究团队首先探究了问题的根源。他们发现，以往的设计过度优化了垂直入射光性能，导致入射角稍有变化就会造成性能急剧下降。由于智能手机摄像头接收多角度入射光，在角度变化时保持性能至关重要。
团队摒弃了人工设计结构的方式，转而采用“逆向设计”方法，让计算机自主确定最优结构。通过该方法，他们成功设计出即使入射光角度变化仍能稳定分离颜色的色彩路由器。
测试结果表明：当光线倾斜约12度时，旧结构几乎失效；而新结构在±12度范围内仍保持约78%的光学效率，展现出稳定的色彩分离性能。这意味着该技术已达到适用于智能手机实际使用环境的水平。
设计稳健性与广泛影响
研究团队进一步分析了性能波动因素，包括超材料层数、设计条件及潜在制造误差。他们还系统界定了入射角变化时的鲁棒性极限。本研究的独特意义在于，它为符合实际图像传感器环境的色彩路由器提供了设计准则。
韩国科学技术院张敏硕教授指出："这项研究系统性地分析了阻碍色彩路由器技术商业化的斜入射问题，并提出明确的解决方案方向，具有重要意义。
“该设计方法不仅适用于色彩路由器，还可推广至各类基于超材料的纳米光子器件。”
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MX1300-LN-10 Performance Highlights
型号：MX1300-LN Series
厂家：Exail Photonics
概述：MX1300-LN系列是专为1310nm波长带设计的铌酸锂（LiNbO3）强度调制器，具有O波段优化波导和纤维，适用于多种高速光信号传输应用。
