新一代硅基超构透镜技术，赋能光学传感与成像应用
2025-06-20 15:56:11 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
这项新的超构透镜技术不同于传统的曲面透镜设计，其直接在12英寸硅晶圆衬底上制造全平面高精度纳米结构，从而实现对光波的精确操控。
通过12英寸CMOS制造技术加速基于超构透镜的超薄光学系统应用。
Artilux既是GeSi光子学技术的领导者，也是CMOS短波红外（SWIR）光学传感、成像和通信领域的先驱者。据麦姆斯咨询报道，近期，Artilux发布了与VisEra在超构透镜（Metalens）技术领域的合作进展。这项新的超构透镜技术不同于传统的曲面透镜设计，其直接在12英寸硅晶圆衬底上制造全平面高精度纳米结构，从而实现对光波的精确操控。通过将Artilux的核心GeSi技术与VisEra先进的加工能力相结合，这项已量产的超构透镜技术显著提升了光学系统的性能、生产效率和良率。这项尖端的微纳光学技术用途广泛，包括光学传感、光学成像、光通信，以及人工智能（AI）驱动的各种商业应用领域。
开拓未来：超构透镜技术的机遇与突破
随着人工智能、机器人技术和硅光子学应用的兴起，用于光学传感、成像和通信的硅芯片将在这些行业的发展中发挥关键作用。例如，内置图像传感、生理信号监测和AI助手功能的智能手机和可穿戴设备将日益普及。此外，凭借高带宽、远距离和高能效的优势，硅光子技术有望成为支持未来AI数据中心AI模型训练和推理的关键组件。随着硬件设计对芯片级微型化的要求越来越高，硅基超构透镜技术将引领并加速这些应用的部署。
超构透镜技术具有单晶圆工艺集成和紧凑光学模块设计的优势，为硅芯片在光学领域的增长奠定了基础。根据市场调研报告，2024年全球超构透镜市场规模为4180万美元，预计2031年将达到24亿美元，在2025-2031年预测期内，复合年增长率高达80%。
目前，大多数光学系统依赖于传统的光学透镜，这些透镜利用抛物面或球面结构来聚焦光线并控制其振幅、相位和偏振特性。然而，这种方法受到物理限制，需要精确的机械对准。此外，复杂光学元件的曲面设计需要高精度的镀膜和透镜形成工艺。这些挑战使得传统的光学透镜与光学传感器难以实现晶圆级集成，对光学系统的微型化和集成化构成了重大障碍。
创新的GeSi和短波红外传感技术将通过超薄光学模块推动应用部署
超构表面（Metasurface）技术通过超薄、全平面光学元件取代传统的曲面透镜，正在重新定义光学创新。这项技术显著减小了透镜尺寸和厚度，提升了光学模块的设计自由度，最大限度地减少了信号干扰，并实现了精确的光学波前控制。与3D传感发射端的衍射光学元件（DOE）技术不同，Artilux创新的超构透镜技术可在12英寸硅晶圆衬底上直接制造超高精度的硅基纳米结构。这项开创性的工作将CMOS工艺与核心GeSi技术无缝集成在硅芯片上，提高了生产效率和良率，并支持短波红外波长。凭借更高的光耦合效率，该技术为光学传感、成像和通信领域的人工智能应用提供了多样化的解决方案，可以满足可穿戴设备、生物医学、激光雷达（LiDAR）、混合现实、航空航天和国防等众多行业的需求。
Artilux联合创始人兼首席技术官Neil Na表示：“Artilux凭借其在半导体技术方面的创新获得了国际认可。我们很高兴再次与大家分享我们自主设计的超构表面解决方案，该方案整合了VisEra在12英寸晶圆级光学制造工艺方面的领先专业知识。此次合作成功打造出能够精确控制光波的超薄光学元件，并实现了各种短波红外应用，涵盖光学传感、光学成像、光通信和人工智能。我们相信，这项技术不仅在光学应用领域具有突破性的价值，更将加速下一代光学技术的开发和实现。”
VisEra的12英寸晶圆级光学制造工艺能力展示
VisEra研发组织副总裁JC Hsieh强调：“VisEra持续参与全球CMOS成像和光学传感器行业的发展，并利用我们在半导体制造领域的实力、关键技术研发和合作伙伴关系，提升生产力和效率。我们很高兴合作伙伴Artilux已采用VisEra的硅基超构透镜工艺技术，以推进微光学元件的集成。此次合作使我们能够突破光学透镜设计和制造过程中的传统尺寸限制。我们期待此次合作能够推动光学传感与成像行业更多创新应用，并加速超构透镜技术的普及。”
超构透镜技术在硅光子学相关行业展现出巨大潜力，尤其是在实现光学元件的微型化、集成度提升和性能提升方面。随着材料和制造工艺的进步，超构透镜技术不断完善，许多现有的挑战正在逐步被克服。展望未来，超构透镜有望成为光学传感与成像应用中的标准光学元件，推动下一波光学芯片创新，并扩大市场机遇。
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