问题——传统光学为何“难以变薄” 长期以来，手机摄像头模组凸起、显微镜和望远镜体积庞大等现象，反映出传统光学系统的结构性限制：其一，透镜等元件需要依靠材料厚度累积光程，才能实现聚焦、像差校正等功能；其二，许多关键处理依赖光自由空间传播一定距离，通过衍射、干涉完成不同空间位置之间的信息交换。对元件厚度与传播距离的双重依赖，使传统光学在小型化、轻量化上天然受限。 原因——局域超表面“压扁透镜”却难替代传播距离 超表面技术的发展为突破厚度限制提供了新思路。研究人员利用微纳结构“超原子”在亚波长尺度调控相位、振幅与偏振，可将传统透镜等功能“压缩”到超薄平面中，超透镜、偏振调控等方向已取得明显进展。 但在更复杂的信息处理任务中，局域超表面仍存在瓶颈。其设计多采用局域近似：每个超原子主要对本地入射场作独立响应，类似逐“像素”调控。对于聚焦、滤波、边缘增强等需要横向信息传递与协同处理的过程，仅靠局域调控难以形成全局耦合，往往仍需依赖较长的自由空间传播来完成信息交换，从而限制系统继续压缩。 影响——“非局域”自由度带来从器件到系统的范式变化 曹良才团队在综述中指出，非局域超表面为突破“传播距离难关”提供了关键自由度。其核心是通过结构设计增强超原子之间的相互作用，激发集体模式，使光在器件内部实现有效的横向传播与耦合，从而在极薄平面内完成过去需要宏观距离才能实现的光场信息交换与处理。 从功能层面看，非局域超表面可在波矢空间对不同波长、偏振、相位等高维光场信息实现定制化响应；从系统层面看，这意味着传统由棱镜、透镜组等厚重元件构成的光路，有望被更紧凑的平面器件部分替代，推动光学系统向“薄、轻、集成”演进。对于移动终端成像、可穿戴设备、车载与航空航天载荷等对体积重量敏感的场景，这种从器件到系统的协同减重具有直接价值。 对策——以集体模式为抓手，构建可设计、可制造、可应用的非局域响应 综述梳理了实现非局域响应的代表性物理机制与设计路线，包括：多层薄膜的相干干涉效应、介质—金属界面的表面等离激元共振、波导模式泄露耦合形成的导模共振，以及高品质因子的连续谱中准束缚态等。这些机制指向同一目标：在保持超薄形态的前提下，引入可控的横向耦合通道，使器件在入射角、频谱、偏振等维度具备更强的选择性与可编程性。 在应用层面，文章认为非局域超表面在光学信息处理中的潜力正在加快释放。其一，在光学模拟计算上，可通过设计对应的传递函数，单片器件中直接实现微分、滤波等运算，为低功耗、高速度的边缘视觉处理提供硬件基础；其二，在空间压缩与系统集成上，非局域响应可将“原本需要传播距离完成的功能”转移到器件内部，实现更高密度的光学功能集成，为下一代紧凑型成像、探测与光电融合系统打开空间。 前景——从“器件创新”走向“系统重构”，仍需跨越工程化门槛 业内普遍认为，非局域超表面将与先进微纳加工、光电协同封装和系统级设计方法相互推动，使光学信息处理从“用厚度与距离换功能”转向“用耦合与设计换功能”。面向未来，该方向的关键不仅是展示新效应，更在于可制造性、良率、带宽与效率、环境稳定性等工程指标的持续提升；同时也需要与算法、传感与芯片架构协同优化，形成从基础物理到应用落地的闭环。 随着高维光场探测、片上光学计算和新型成像需求增长，非局域超表面有望在移动终端、工业检测、生命科学成像以及新型计算架构等领域拓展应用边界，成为推动光学系统形态演进的重要技术储备。
从“靠厚度与长光路实现功能”到“在薄层内完成信息交换与处理”，非局域超表面的探索说明了光学工程从器件替代走向系统重构的趋势；其意义不仅在于让设备更轻更薄，也为光学计算与高维光场处理提供了新的实现路径。面向应用端，如何在性能、可靠性与成本之间取得平衡，将决定这个方向从实验室走向规模化应用的速度与边界。