在過去的幾十年裡，科學技術發展迅速，但也有一部分停滯不前，譬如光學鏡頭。與多年來變得更小、效率更高的電子設備不同，光學透鏡在大約3000年的時光裡，其設計和底層物理幾乎沒有變化。 這也導致了下一代光學系統的發展瓶頸，如用於虛擬現實的可穿戴顯示器，它需要緊湊、重量輕、成本低的組件。
近日，在哈佛大學約翰·保爾森工程和應用科學學院(SEAS)，由費德裡科·卡帕索、羅伯特·華萊士應用物理學教授和溫頓·海斯電氣工程高級研究員領導的研究團隊，就有望打破這一瓶頸。他們的團隊一直致力於開發下一代透鏡，希望用簡單、平坦的透鏡代替笨重的曲面透鏡，利用納米結構聚焦光線。
2018年，卡帕索的團隊開發了無色、無像差的金屬，可以在可見光譜範圍內工作。可惜的是，這些透鏡直徑只有幾十微米，實際應用於VR和AR系統太小了。
現在，研究人員又開發了一種兩毫米的消色差金屬，可以無像差地聚焦RGB(紅、藍、綠)顏色，與此同時，還發明瞭一種用於VR和AR應用的小型化顯示器。
卡帕索說:“這種先進的透鏡為VR平臺開闢了一條道路，並突破了新光學設備發展的瓶頸。”
另一位研究人員表示，我們利用新的物理學和新的設計原理，研製出這種平面透鏡，可以取代當今光學器件中笨重的透鏡。這是迄今為止最大的RGB消色差金屬，這些透鏡可以放大到釐米大小，可以大規模生產，並上架在商業平臺上。
據悉，這種透鏡跟以前的一樣，都是使用二氧化鈦納米纖維陣列來均勻聚焦波長的光並消除色差。研究人員通過設計這些納米陣列的形狀和圖案，控制紅色、綠色和藍色光的焦距。
為了將透鏡集成到VR系統中，該團隊使用一種叫做光纖掃描的方法,開發了一種近眼顯示器。該顯示器受光纖掃描的內窺鏡生物成像技術的啟發，使用光纖穿過壓電管。當電壓施加到管上時，光纖尖端左右上下掃描並顯示圖案，形成小型化顯示器。該顯示器具有高分辨率、高亮度、高動態範圍和寬色域。
在VR或AR平臺中，金屬將直接位於眼睛的前方，顯示器將位於金屬的焦平面內。在金屬的幫助下，顯示器掃描的圖案被聚焦到視網膜上，在那裡形成虛擬圖像。對人眼來說，在AR模式下，圖像作為風景的一部分出現，離我們的實際眼睛有一段距離。
接下來，該團隊的目標是進一步擴大透鏡的規模，使其與當前的大規模製造技術兼容，以低成本進行大規模生產。
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