--- title: "超穎透鏡（Metalens）：把鏡頭變平的奈米技術，誰在做、用在哪" url: https://joelin.cc/p/100035 source: https://joelin.cc/p/100035 id: 100035 slug: "metalens-flat-optics-explained" pubDate: 2026-06-07 date_modified: 2026-08-24 updatedDate: 2026-08-24 schema_type: Article description: "超穎透鏡（metalens）用奈米結構取代曲面鏡片，讓光學元件能像晶片一樣量產。本文說明它的原理與優勢，盤點學界與產業玩家，並看它從手機鏡頭一路用到 AI 資料中心的應用場景。" ai_summary: "超穎透鏡（metalens）用平面上數以億計的奈米柱逐點調控光的相位來聚焦，取代靠曲率折射的傳統玻璃鏡片：厚度從毫米級降到次波長級（不到一微米），且能用半導體微影或奈米壓印在晶圓上量產，單片即可同時修像差與色差——這項技術曾被列為 2019 年十大新興技術。應用由近到遠：手機生物辨識與 3D 感測是目前出貨主力，再到 AR/VR、醫療內視鏡與光達，最受矚目的是 AI 資料中心的共封裝光學（CPO）光耦合介面——NVIDIA 已把 CPO 定調為結構性必需，稱功耗最多可降約 3.5 倍、可靠度提升約 10 倍。玩家分層：學界源頭是哈佛 Capasso（2011 年廣義斯涅爾定律），商業化龍頭 Metalenz 出貨已超過 1.4 億顆；台廠在供應鏈卡位不少關鍵節點——台積電 COUPE 平台、聯電與 Metalenz 合建 40 奈米量產線、鴻海投入設計、瑞儀收購丹麥 NILT。未解難題是寬頻消色差、可見光效率與大口徑良率。" key_facts: ["metalens 厚度為次波長級（不到一微米），可用半導體製程量產", "奠基者為哈佛 Capasso，2011 年提出廣義斯涅爾定律", "Metalenz 的 meta-optics 已出貨超過 1.4 億顆進消費裝置", "NVIDIA 稱 CPO 可讓功耗最多降約 3.5 倍、可靠度提升約 10 倍", "聯電與 Metalenz 合建 40 奈米 CMOS 量產線", "目前出貨最大宗是手機生物辨識與 3D 感測，非全彩成像"] categories: [] tags: ["跨產業觀察", "超穎透鏡", "矽光子", "共封裝光學", "半導體產業"] authorship: origin: written ai_role: ai_only author: caddy entity_ids: author: https://me.joelin.cc/#caddy accountable_person: https://me.joelin.cc/#joe publisher: https://me.joelin.cc/#joelincc --- # 超穎透鏡（Metalens）：把鏡頭變平的奈米技術，誰在做、用在哪 ## 摘要 超穎透鏡（metalens）用平面上數以億計的奈米柱逐點調控光的相位來聚焦，取代靠曲率折射的傳統玻璃鏡片：厚度從毫米級降到次波長級（不到一微米），且能用半導體微影或奈米壓印在晶圓上量產，單片即可同時修像差與色差——這項技術曾被列為 2019 年十大新興技術。應用由近到遠：手機生物辨識與 3D 感測是目前出貨主力，再到 AR/VR、醫療內視鏡與光達，最受矚目的是 AI 資料中心的共封裝光學（CPO）光耦合介面——NVIDIA 已把 CPO 定調為結構性必需，稱功耗最多可降約 3.5 倍、可靠度提升約 10 倍。玩家分層：學界源頭是哈佛 Capasso（2011 年廣義斯涅爾定律），商業化龍頭 Metalenz 出貨已超過 1.4 億顆；台廠在供應鏈卡位不少關鍵節點——台積電 COUPE 平台、聯電與 Metalenz 合建 40 奈米量產線、鴻海投入設計、瑞儀收購丹麥 NILT。未解難題是寬頻消色差、可見光效率與大口徑良率。 ### 重點 - metalens 厚度為次波長級（不到一微米），可用半導體製程量產 - 奠基者為哈佛 Capasso，2011 年提出廣義斯涅爾定律 - Metalenz 的 meta-optics 已出貨超過 1.4 億顆進消費裝置 - NVIDIA 稱 CPO 可讓功耗最多降約 3.5 倍、可靠度提升約 10 倍 - 聯電與 Metalenz 合建 40 奈米 CMOS 量產線 - 目前出貨最大宗是手機生物辨識與 3D 感測，非全彩成像 ## 為什麼手機鏡頭越做越凸？超穎透鏡想解決的問題 每換一支新手機，背後那顆鏡頭就更凸一點。原因很單純：要拍得更清楚、變焦更多，傳統相機就得疊更多片鏡片，而每一片都是有弧度、有厚度的玻璃或塑膠。光學想進步，體積就回不去。 超穎透鏡（metalens，也譯作超穎透鏡或超構透鏡）想打破的就是這個取捨。它把「靠曲面折射光」的玻璃鏡片，換成一片平的、薄到以奈米計的元件，用表面上密密麻麻的奈米結構來操控光。一句話說：傳統鏡片是磨出來的，metalens 是「印」出來的——而且是用做晶片的那套半導體製程印出來的。 這個差別聽起來只是工藝不同，實際上改寫了光學元件的成本結構與想像空間。以下分三層說明：它是什麼、用在哪、誰在做。 ## 超穎透鏡是什麼？跟傳統鏡頭差在哪 要讓光聚焦，本質是讓通過鏡片不同位置的光，最後能同時抵達焦點（也就是把平的光波前彎成會聚的形狀）。傳統鏡片靠「中間厚、邊緣薄」的玻璃，讓光走過不同厚度、累積不同延遲來做到這件事。 metalens 換了一條路：在一片平面上排列數以億計的奈米柱（業界稱為 meta-atoms，可理解為「光的微型路標」），每一根柱子的大小、形狀或旋轉角度都經過設計，能精準指定「光經過這一點要被延遲多少」。把整面排好，平面也能把光聚到一點。常見的調控手法有三種——奈米柱的光學共振、不同寬度奈米柱形成的等效折射率差異，以及靠旋轉奈米柱角度控制圓偏振光的「幾何相位」（其中幾何相位最常用、也最穩定）。讀者不必記這些名詞，只需掌握一個重點：metalens 是「逐點設計」光的行為，而不是靠一整片玻璃的形狀。 材料上多半用二氧化鈦、氮化矽、矽、氮化鎵這類折射率高、又不太吸光的材料；製作則用做晶片的微影或奈米壓印技術。對照傳統鏡頭，差別可以濃縮成一張表： | | 傳統鏡頭 | 超穎透鏡（metalens） | |---|---|---| | 聚焦原理 | 靠玻璃曲率折射 | 靠平面奈米柱逐點調相位 | | 厚度 | 毫米級、有弧度 | 次波長級（不到一微米），完全平 | | 製造方式 | 研磨、拋光 | 半導體微影／奈米壓印 | | 修正像差 | 多片鏡片疊起來 | 單片即可同時修像差與色差 | 這張表的核心差異在「厚度」與「修正像差」兩欄：傳統鏡頭要疊好幾片玻璃才能同時修正球面像差和色差，metalens 靠奈米柱把相位調控做在單一平面上，理論上一片就能做到同樣的事——這正是它被稱為「平面光學」的原因，也是後面談量產與良率問題的起點。 ## 為什麼是現在：能用半導體製程量產 metalens 的學術概念十幾年前就有了，真正讓它從論文走向產品的，是「可以用既有晶圓廠量產」這件事。當光學元件能像晶片一樣，在 12 吋晶圓上一次做出成千上萬顆，成本與體積的算式就整個改變——這也是它被世界經濟論壇與《科學人》列為 2019 年十大新興技術的原因。 不過要把醜話說在前面。metalens 目前仍有三道公認的難題：一是「寬頻消色差」，也就是要讓紅橙黃綠各種顏色的光都精準聚到同一點很困難，往往得犧牲鏡片口徑或效率；二是可見光波段的效率與雜散光控制；三是鏡片做大時，奈米結構數量暴增，量產良率與精度難以兼顧。這也是為什麼現階段出貨量最大的，反而是相對單純的「單一波長感測」，而不是消費級的全彩成像。 ## 用在哪裡：從手機感測到 AI 資料中心 metalens 的應用可以排成一條由近到遠的光譜： - 手機與感測（已商用、量最大）：目前出貨主力。把原本三、四顆鏡片與元件的功能壓成單一平面元件，用於臉部辨識、距離感測這類生物辨識與 3D 感測。 - AR／VR 顯示（進行中）：頭戴裝置對輕薄極度敏感，metalens 是讓顯示與感測模組變小變輕的關鍵候選。 - 醫療與光達（發展中）：超細的內視鏡探頭、光學同調斷層掃描（OCT），以及自駕車用的光達（LiDAR）、偏振成像等。 - AI 資料中心光互連（最新、最受矚目）：這是 metalens 從「相機」跨進「運算基礎建設」的新戰場，值得單獨說明。 AI 叢集越長越大之後，晶片之間用銅線傳資料開始撞上功耗與密度的牆，業界因此把互連從「銅」換成「光」，做法叫共封裝光學（Co-Packaged Optics，CPO，意指把光收發引擎直接整合到交換機晶片旁邊）。NVIDIA（NVDA）已將 CPO 定調為下一代 AI 資料中心的「結構性必需」而非選配，並表示這能讓功耗最多降約 3.5 倍、可靠度提升約 10 倍。在這套架構裡，光要怎麼乾淨地進出晶片是個咽喉問題，而 metalens 正是被點名的「光耦合介面」候選之一——它超薄、能做光束整形、又能晶圓級量產，剛好適合高密度、多波長的需求。要補一句的是：metalens 在此並非唯一解（微透鏡陣列、光柵耦合器都是競爭方案），且目前公開資料多在「驗證」階段、缺乏統一的損耗與頻寬規格，這條線的故事性強、但量產數字仍待時間檢驗。 ## 誰在做：學界源頭與產業玩家 學界源頭。 這個領域的奠基者是哈佛大學的 Federico Capasso——他在 2011 年提出「廣義斯涅爾定律」，把折射從「靠曲面」改寫成「靠表面相位」，奠定整個超穎表面（metasurface）領域的理論起點，並在 2016 年做出第一個可見光波段的高效率 metalens。其體系開枝散葉到哥倫比亞大學（Nanfang Yu）、加州理工（Andrei Faraon）等；華人圈的代表是香港城市大學的蔡定平（Din Ping Tsai），韓國則有 POSTECH 主導的國家級平面光學中心，主攻奈米壓印的大面積量產。想看全貌的讀者，2024 年由普林斯頓團隊主筆、發表於《ACS Photonics》的《Roadmap for Optical Metasurfaces》是最權威的一站式入口。 產業玩家。 商業化龍頭是哈佛實驗室衍生的新創 Metalenz（未上市，Capasso 為共同創辦人），其 meta-optics 已出貨超過一億四千萬顆進消費裝置。歐洲一極是丹麥的 NIL Technology（NILT，走奈米壓印路線，已被台灣瑞儀光電〔TWSE: 6176〕收購／投資）。要把 metalens「便宜量產」靠的是晶圓廠：意法半導體 STMicroelectronics（NYSE: STM）以自家 300 毫米晶圓廠為 Metalenz 代工 metasurface 光學；聯電 UMC（TWSE: 2303／NYSE: UMC）則與 Metalenz 合建以 40 奈米 CMOS 製程做 metasurface 的量產線。 在 AI 互連這條線上，台積電 TSMC（TWSE: 2330／NYSE: TSM）的 COUPE 平台是 CPO 的代工與封裝基礎，客戶包括 NVIDIA 與博通 Broadcom（NASDAQ: AVGO，其 Tomahawk 6 交換機採用 COUPE 光引擎）；鴻海 Foxconn（TWSE: 2317）旗下研究院則投入 metasurface 設計與光源模組。再往上游，NVIDIA 在 2026 年 3 月投資了雷射與矽光子供應商 Lumentum（NASDAQ: LITE）與 Coherent（NYSE: COHR），顯示上游供應在 CPO 時代被重新定價。 把玩家攤開後會看到一個對台灣讀者特別有意思的現象：這波不只是美系 IP 的故事——從晶圓代工（台積電、聯電）、系統與封裝（鴻海），到光學模組（瑞儀），台廠在 metalens 與矽光子供應鏈裡卡到了不少關鍵節點，扮演的是典型「賣鏟子」的角色。 ## 研究小結 超穎透鏡的核心價值，不在於某一個炫目的規格，而在於它把「光學」拉進了半導體的成本曲線：能量產、能變薄、能整合。短期看，它最實在的戰場是手機感測；中期是 AR/VR；最具想像空間、但也最未定的，是 AI 資料中心的光互連。對應的玩家也清楚分層：學界提供原理，新創與晶圓廠負責量產，雲端與網通巨頭提供需求拉力。技術尚有寬頻消色差、效率與良率等未解難題，市場規模的各種預估口徑差異也大，宜當方向感而非精確值來讀。 對「前沿技術如何重塑既有產業」這類題目有興趣的讀者，可延伸閱讀同系列的〈[衛星直連手機（D2C）：沒訊號的地方也能用手機？](/p/100008)〉——同樣是把一項新技術，攤成「它是什麼、誰在做、用在哪」來看。 ## FAQ ### 超穎透鏡（metalens）跟傳統鏡頭差在哪裡？ 傳統鏡頭靠玻璃曲率折射聚光，需要疊多片有弧度、有厚度的鏡片；超穎透鏡則是在一片平面上排列數以億計的奈米柱，逐點調控光的相位來聚焦，因此能做到次波長級（不到一微米）的厚度、用做晶片的半導體微影或奈米壓印技術量產，單片就能同時修正像差與色差。 ### 超穎透鏡目前哪一種應用出貨量最大？ 目前出貨量最大的是手機的生物辨識感測，例如臉部辨識與距離感測這類3D感測，已把原本三、四顆鏡片與元件的功能壓成單一平面元件；AR/VR顯示與醫療內視鏡、光達等應用仍在發展或進行中，出貨量還沒有超越手機感測。 ### 超穎透鏡在AI資料中心的共封裝光學（CPO）裡扮演什麼角色？ 因AI叢集晶片間用銅線傳資料開始撞上功耗與密度的牆，業界因此把互連從銅換成光，做法叫共封裝光學（CPO），把光收發引擎直接整合到交換機晶片旁邊；NVIDIA已將CPO定調為下一代AI資料中心的結構性必需，表示能讓功耗最多降約3.5倍、可靠度提升約10倍，而超穎透鏡正是被點名的光耦合介面候選之一，不過目前並非唯一解，公開資料也多還在驗證階段。 ### 台灣廠商在超穎透鏡供應鏈中卡在哪些位置？ 台積電的COUPE平台是CPO的代工與封裝基礎，客戶包括NVIDIA與博通；聯電與Metalenz合建以40奈米CMOS製程做metasurface的量產線；鴻海旗下研究院投入metasurface設計與光源模組；瑞儀光電則收購／投資了走奈米壓印路線的丹麥NIL Technology，從晶圓代工、系統封裝到光學模組都卡到了關鍵節點。 > 本文為一般性財經與科技資訊整理，僅供教育參考；文中提及之公司與股票代號用於說明產業結構，不構成對任何個別個股的買賣推介、目標價或進出場時機建議。 ## 常見問題 ### 超穎透鏡（metalens）跟傳統鏡頭差在哪裡？ 傳統鏡頭靠玻璃曲率折射聚光，需要疊多片有弧度、有厚度的鏡片；超穎透鏡則是在一片平面上排列數以億計的奈米柱，逐點調控光的相位來聚焦，因此能做到次波長級（不到一微米）的厚度、用做晶片的半導體微影或奈米壓印技術量產，單片就能同時修正像差與色差。 ### 超穎透鏡目前哪一種應用出貨量最大？ 目前出貨量最大的是手機的生物辨識感測，例如臉部辨識與距離感測這類3D感測，已把原本三、四顆鏡片與元件的功能壓成單一平面元件；AR/VR顯示與醫療內視鏡、光達等應用仍在發展或進行中，出貨量還沒有超越手機感測。 ### 超穎透鏡在AI資料中心的共封裝光學（CPO）裡扮演什麼角色？ 因AI叢集晶片間用銅線傳資料開始撞上功耗與密度的牆，業界因此把互連從銅換成光，做法叫共封裝光學（CPO），把光收發引擎直接整合到交換機晶片旁邊；NVIDIA已將CPO定調為下一代AI資料中心的結構性必需，表示能讓功耗最多降約3.5倍、可靠度提升約10倍，而超穎透鏡正是被點名的光耦合介面候選之一，不過目前並非唯一解，公開資料也多還在驗證階段。 ### 台灣廠商在超穎透鏡供應鏈中卡在哪些位置？ 台積電的COUPE平台是CPO的代工與封裝基礎，客戶包括NVIDIA與博通；聯電與Metalenz合建以40奈米CMOS製程做metasurface的量產線；鴻海旗下研究院投入metasurface設計與光源模組；瑞儀光電則收購／投資了走奈米壓印路線的丹麥NIL Technology，從晶圓代工、系統封裝到光學模組都卡到了關鍵節點。