体验过AR眼镜的人都知道，这项技术还没有准备好成为我们日常生活的一部分。研究人员一直在努力完善高性能增强现实（AR）眼镜，但仍有许多挑战。传统AR眼镜的一个主要问题是，在您实际看到的外部场景和您想要可视化的上下文信息之间，在质量和亮度方面存在权衡。

像谷歌眼镜这样的早期解决方案，使用了多个笨重的光学组件，这些组件部分反射，部分透射，以混合真实世界和背景场景，导致了两个场景的视觉模糊和扭曲。

AR眼镜需要完美融合了外部环境和人眼的上下文信息，在许多应用中都非常有用。作为一种平视显示器，该技术可以为驾驶汽车的人提供导航指示，或将传感器的数据传送给驾驶飞机的飞行员。作为头戴式显示器，该技术可以使外科医生和士兵以前所未有的轻松和高效查看与其手头任务相关的信息。

AR眼镜所需的玻璃不仅需要在几乎整个可见光谱上保持高度透明，允许对外部世界进行未衰减和未失真的视觉，还需要作为一个高效透镜，将微型投影仪中的光线聚焦到人眼中，形成与外部真实场景相伴随的视觉环境。

新型波长选择性波前成形玻璃

哥伦比亚一公司的研究人员报告说，他们现在已经发明了这种玻璃。该团队研制出了一种平面光学设备，该设备只聚焦少数选定的窄带光颜色，同时对绝大多数光谱中的非选定光保持透明。相关研究成果发表在《光学：科学与应用》（Light:Science & Applications）。

使用多功能非局部超表面作为光学透视透镜的AR眼镜

研究的负责人Yu说：“我们已经制造了一种非常酷的平板光学设备，它看起来像一块简单的玻璃一样完全透明，直到你用正确波长的光束照射到它上面，然后设备突然变成透镜。对我来说，这就像光学魔法。”

超表面

Yu的团队开发了基于超表面超薄光学元件的平面光学器件，以控制光在自由空间和光波导中的传播。超表面是由二维（2D）阵列的设计散射体组成的，称为“光学天线”，是一种具有纳米尺度尺寸的微型天线。

超表面的主要特征是光学散射体在光学上都是不同的。它们散射的光可以具有不同的振幅、相位或偏振，因此超表面可以引入空间变化的光学响应，从而以极其灵活的方式控制光。因此，超表面可以实现传统上需要占用空间更大的3D光学组件或设备的功能，例如聚焦或控制光束，或在集成光子芯片上切换光学信号。

非局部超表面

Yu的团队发明了一种“非局部超表面”，可以在不同的目标波长以不同的方式操纵光波，而不影响非目标波长的光。新设备通过选择一种颜色（光谱）并将其聚焦（空间），不仅在单个波长上，而且在多个不同波长上独立地对光进行空间和光谱控制。

例如，一个演示的设备既可以作为会聚透镜，将光聚焦在一种颜色，也可以作为凹面透镜，以第二种颜色散射光，同时在光谱的其余颜色上用光照射时，保持透明，就像未着色的玻璃板一样。

该团队展示了一种多功能设备，它可以在四个不同的波长上独立地塑造光波阵面，但在其他非选择的波长上充当透明衬底。这是迄今为止最具多功能和多色的超表面

AR应用 

这些新的波长选择性、波前整形“非局部”亚表面为增强现实技术提供了一个有前景的解决方案，包括汽车前挡风玻璃上的平视显示器。光学透视镜头可以在微型投影仪选定的窄带波长处将背景信息反射到观看者的眼睛中，同时还可以看到真实世界的无障碍、无遮挡的宽带视图。

而且，由于波长选择性亚表面透镜比人的头发薄，它们非常适合开发看起来和感觉都像舒适时尚眼镜的AR护目镜。

量子光学

Yu的平坦超表面也可以用来大大降低操纵超冷原子的量子光学装置的复杂性。由于必须独立控制不同波长的多束激光，以冷却、捕获和监测冷原子，这些设置可能会变得非常庞大。  

这种复杂性使得研究人员很难在原子钟、量子模拟和计算中广泛采用冷原子。现在，代替在真空室周围为冷原子建造几个端口，每个端口都有其独特的光束整形光学组件，可以使用单个超表面器件同时整形实验中使用的多个激光束。

下一步将在可见光谱范围内演示该概念

本研究中的器件使用纳米结构硅薄膜同时独立地控制多个近红外光束的波前。该团队计划接下来在可见光谱范围内演示这一概念，使用一个在可见光中具有低吸收损耗的设备平台（如薄膜氮化硅和二氧化钛）来完全控制三个窄带可见激光束的波前。

他们还正在探索波长选择性超表面平台的可扩展性，方法是将两个以上的扰动包含到单个超表面中，并将两个多个超表面堆叠到一个复合设备中。