超构材料（Metamaterial）指的是通过人工结构实现超常特性的一类新型材料，具有天然材料中所没有的光学、声学、机械或射频特性，有望成为一系列变革性技术的源头。超构材料的特性并不是来自天然材料的基本属性，而是来自人工新设计的亚波长结构——它们精确的形状、尺寸、方向和排列使其具有能够操纵电磁波的智能特性。超构材料自21世纪初被提出以来，已经经历了20多年的研究发展，目前仍是非常活跃的前沿领域。

  超构材料的基本思想是，利用人工结构单元作为人造原子来构造宏观连续的介质，通过结构单元的设计来调控介质的材料参数，实现对电磁波的传播性质的控制。最早的超构材料结构单元是1999年英国科学家John Pendry提出的金属开口环结构，它可以与电磁波相互作用产生磁共振，从而实现负磁导率系数。后来，人们又提出了很多其他的人工结构单元，实现各种应用。超构材料最早的研究应用是负折射材料，后来又涉及零折射率材料、双曲色散材料等。早期设计的超构材料在空间上是均匀的，后来人们又进一步提出变换光学设计方法，利用空间不均匀分布的超构材料可以实现对电磁波在空间传播路径的任意调控。

  超构表面（Metasurface）是一种厚度小于波长的人工层状材料，可视为超构材料的二维（平面）对应。作为微纳光学的前沿热点，超构表面因其强大的光场调控能力、可批量制造性及超薄平面结构特性等，克服了传统光学元件和三维（体）超构材料的技术局限，在近年来取得了飞速的发展。超构表面由二维平面化的亚波长结构组成，展现出对光波前振幅、相位、偏振等参量多样灵活的调控能力，为微型化、高性能的微纳光学器件设计提供了全新的平台。自2011年超构表面概念首次提出，基于超构表面的光场调控的新原理、新技术以及新应用不断涌现，凝聚成一个快速发展的前沿研究领域，并已经在飞行时间（ToF）测距、3D传感与成像、红外热成像等应用领域实现了商业化，大批量生产的价值链正在成为现实！

  据麦姆斯咨询报道，以Metalenz、NIL Technology为代表的国际领先超构表面公司在商业化方面进展迅速：Metalenz将超构光学技术与半导体制造工艺相结合，在意法半导体12英寸晶圆代工厂内实现批量生产，并将光学超构表面透镜应用于意法半导体FlightSense系列ToF测距传感器VL53L8，该传感器在发射和接收窗口中都采用了超构表面透镜；NIL Technology已构建一个完整的超构表面透镜产业链，包括设计、原型制作、测试和表征以及制造能力，并实现了超构表面透镜的出货。

  随着以智能手机、AR/VR设备为代表的消费电子产品开始采用集成超构表面的光学传感器，法国咨询公司Tematys预计超构材料和超构表面市场将迎来快速增长，2021至2028年期间的复合年增长率（CAGR）超过30%。

  尽管还存在一些技术挑战，但迄今为止，超构材料和超构表面已经取得的商业化进展表明：在光学、光电子和射频方面具有巨大的发展前景。除了上述提到的光学传感应用，在射频应用方面，针对微波频率的超构材料已成功用于无线G基础设施和通信设备。

  由于性能的提升、尺寸和重量的减小，以及新功能的实现，超构材料和超构表面正成为潜在的“游戏规则改变者”，并有希望彻底改变光学和射频领域的众多产品。

  1. 简介- 报告主题- 信息来源及方法- 报告范围- 缩略语表- 词汇表- 报告涉及的公司

  2. 从“隐形斗篷”概念到首次实际应用- 光学和射频领域的超构材料——什么含义？- 丰富的想法和研究- 从国防开始，纵贯射频和光学

  3. 中小企业正在打开市场- 价值链- 市场数据- 资金和关键伙伴关系- 资助项目- 专利- 预测

  5. 大型厂商引领未来应用趋势- 光学市场的潜在颠覆性技术- 智能手机中的超构表面透镜- AR/VR设备中的超构组件- 射频市场的潜在颠覆性技术- 用于5G/6G的可重构智能表面（RIS）

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