2026-04-29 | 科研部 Nature丨南科大孙小卫院士团队受邀在Nature发表研究评述文章

近日，应顶尖学术期刊Nature邀请，俄罗斯科学院外籍院士、南方科技大学纳米科学与应用研究院执行院长、电子与电气工程系讲席教授孙小卫团队以“Glasses-free display switches between 2D and 3D”为题，在Nature News&Views专栏发表研究评述文章，对三星电子与浦项科技大学（POSTECH）联合团队在可切换裸眼2D/3D显示领域取得的最新进展进行评述。

三维显示技术通过向双眼分别传递同一场景中具有视差的图像，产生深度错觉，从而实现沉浸式视觉体验。然而，现有裸眼3D显示大多基于柱状透镜等传统光学器件，存在明显局限。一方面，观看者通常只能在较窄视角范围内获得较好的3D观看体验；另一方面，当系统切换至2D显示时，有效图像分辨率往往会显著降低，难以同时满足宽视角3D显示与高分辨率2D显示的需求。针对这一长期存在的技术矛盾，三星电子与浦项科技大学（POSTECH）联合团队在Nature发表题为“Switchable 2D–3D display through a metasurface lenticular lens”的研究论文，提出了一种基于超表面柱状透镜（Metasurface Lenticular Lens,MLL）的2D/3D可切换光场显示方案。

图1.超表面透镜实现2D与3D显示切换示意图

孙小卫院士团队在评述文章中系统阐释了该工作的核心光学原理、器件结构与制备方法。该显示系统由柱状透镜、有源线偏振片、偏振控制膜以及超表面透镜等多层光学结构组成。通过电控方式切换入射光偏振态，器件可在宽视角3D模式与高分辨率2D模式之间快速切换，切换时间约为10毫秒。研究团队采用电子束光刻技术制备了超表面透镜，并组装出厚度仅约1.2毫米的原型光学面板。其中，超表面透镜有效面积达到25平方厘米，在100度视场范围内实现了多视点3D显示，展示出超表面光学在紧凑型显示系统中的重要应用潜力。针对大视角下空间分辨率下降、色差及显示串扰等问题，研究团队进一步开发了光路追踪算法，用于分析光在通过超表面和折射透镜时与波长、角度相关的传播路径。该算法能够补偿不同颜色聚焦位置差异所导致的色差畸变，并校正红、绿、蓝三色通道之间的空间错位，从而提升观看者实际看到的图像与目标视图之间的一致性。

评述文章充分肯定了该研究在裸眼3D显示领域的重要意义。文章指出，该工作表明，超表面不仅可以作为单一光学元件发挥作用，还可以与商用显示面板、传统透镜和偏振控制系统集成为完整显示系统。该设计的灵活性并不局限于平板3D显示，还可进一步拓展至高图像质量、紧凑型增强现实显示器等应用场景。相比单纯依赖传统光学器件的方案，超表面具有超薄、设计自由度高、可同时调控偏振与相位等优势，有望成为未来新型显示系统中的关键光学平台。

同时，评述文章也指出，该技术距离真正的消费级产品仍面临若干工程挑战。例如，原型系统在3D模式下主要提供横向视差，视图分辨率仍低于完整显示面板；在大角度观看时，残余偏振效应和色差效应可能引起轻微重影和颜色偏移；此外，完整光学系统的光透过率仍有待提升。文章认为，这些问题主要属于工程优化范畴，而非根本性物理限制。未来，随着纳米压印等大面积、低成本制造工艺的发展，以及人工智能驱动的计算补偿方法的引入，超表面显示技术有望进一步提升亮度、制造良率、视角连续性和系统稳定性。

论文通讯作者为孙小卫院士和南方科技大学—鹏城实验室联合培养博士生田仲韬，南方科技大学为论文第一单位。

论文链接：https://www.nature.com/articles/d41586-026-01148-w

供稿：南方科技大学纳米科学与应用研究院

通讯员：王婧

编辑：任奕霏