Opto-Electronic Science封面论文推荐北京理工大学王涌天教授、 黄玲玲教授、杨通副教授及其团队 ，联合北京耐德佳显示技术有限公司、 中国科学院物理研究所 ，以及新加坡国立大学的研发人员 ，集成了非正交偏振复用超表面、 自由曲面光学元件和OLED显示屏 ，提出了一种多焦平面AR显示系统的新架构 ，为下一代高性能AR显示设备的发展提供了创新的技术方案。

　　在人工智能的推动下 ，增强现实(AR)显示正在经历从实验室研究到商业应用的跨越式发展 ，有望孕育出下一代移动终端的全新形态 ，并开启智能感知与空间计算的新纪元。然而， 目前实时AR显示技术多聚焦于单焦平面显示方案 ，易引发辐辏调节冲突问题 ，从而导致用户在长期佩戴过程中产生眩晕症状。为解决这一问题 ，多焦面AR显示技术应运而生 ，该技术通过生成多个离散或连续的虚像面 ，模拟真实物体的深度信息 ，成为提升用户体验的关键技术路径 。尽管如此， 现有的光学解决方案仍然难以同时满足多焦面显示、 紧凑体积、轻重量和低成本等多重需求。为了实现三维(3D)数字场景与真实物理场景的自然融合 ，还需要探索新型光学材料、创新的光学系统设计方案以及全新的技术路径。

　　在该工作中 ，多焦平面AR视觉效果通过非正交偏振复用的超表面实现 ，该超表面可在不同的偏振通道上执行不同的相位调制功能。 同时， 自由曲面为系统提供了充分的设计自由度 ，基于光线追迹与衍射理论的联合优化设计方法 ，协同优化了多焦平面成像与透视路径 ，在保证系统轻薄紧凑的前提下 ，在各焦面实现了良好的显示效果 ，且系统畸变得到良好控制。

　　研究团队成功研制了尺寸为9.3 cm×4.5 cm×4.9 cm的固态AR原型系统 ，具备出色的紧凑性。实验结果显示 ，该系统可在0.7 m、 1.5 m和3.0 m三个独立焦平面上同时呈现清晰的数字图像 ，并能与真实环境实现无缝融合。 当观察焦点调整至特定深度时 ，对应焦平面的图像保持清晰 ，其余焦平面图像则呈现自然的离焦效果 ，实现了逼真的三维视觉体验。该系统所具备的紧凑性、高帧率、纯固态和真三维显示能力 ，使其在面向未来的移动智能终端、沉浸式交互、工业可视化等应用场景中展现出巨大的潜力 ，为下一代高性能AR显示设备的发展提供了创新的技术方案。

　　图1 集成超表面和自由曲面的实时多焦面AR显示系统示意图。 (a)系统集成了显示屏、超表面和自由曲面透镜； (b) 所设计系统的折反射式birdbath结构； (c)偏振复用超表面生成多焦平面的原理；(d)多焦面AR显示在城市导航中的应用

　　国家级青年人才 ， 入选教育部U40 、 北京市卓青 、 北京市杰青 、 中国科协青年人才托举等 ，入选美国光学学会会士(Optica Fellow)。主要研究方向包括 微纳光学、全息显示、光场调控等 方 面 ， 主 持 十 余 项 国 家 级 项 目 ， 以 第 一 或 通 讯 作 者 发 表 SCI 论 文 125 篇 。 担 任 Opto - Electronic Advances、 Optics Express、 IEEE Photonics Technology Letters等期刊副主编和编委。获教育部青年科学奖、德国洪堡贝塞尔研究奖、茅以升-北京青年科技奖等。

　　长期在光学设计领域从事教学科研工作。发表论文80余篇，获授权发明专利40余项。入选北京市科技新星、中国科协青托。曾获得中国光学工程学会科技进步一等奖和技术发明一等奖、中国仪器仪表学会金国藩青年学子奖等奖励。

　　北 京 理 工 大 学 杰 出 教 授 ， 国 家 级 领 军 人 才 、 教 育 部 创 新 团 队 带 头 人 ， SPIE/IET/Optica/COS/CIS会士 。 长期在技术光学和虚拟现实领域从事教学和科研工作 ，获国家技术发明奖 、科技进步奖各1项 。承担国家973项目 ， 863项目 ， 国家自Kaiyun股份有限公司然科学基金重大科研仪器研制等项目 。发表专著4部 、 SCI论文320余篇 ，授权发明专利180余项 ， 主持/组织制定首批国家标准6项。