近日，我校机械与运载工程学院段辉高教授、胡跃强助理教授团队在超构表面彩色全息显示领域取得系列进展，研究成果分别发表在Light: Science & Application (IF=14.0)，Nano Letters (IF=12.71)和iScience（Cell子刊）等国际权威光学与纳米技术期刊上。
超构表面通过调整亚波长结构的尺寸、形状和排列，可以实现电磁波的波前几乎任意调控，开辟了设计光学元件的新范式。基于超构表面的器件的性能甚至可以超过传统折射元件的性能，因为可以在亚波长像素中实现更极端、任意和多路复用的波前。例如，可以通过各向异性结构或交错子单元特定地布置在2D平面中以获得波长多路复用器件。然而，等离激元纳米结构的低效率、严格入射偏振要求、通道之间较大串扰、额外角度自由度和菲涅耳全息图读出的复杂性之类的缺点导致多波长和宽带光学器件的性能降低。
集成超构表面彩色微打印与彩色全息及双重显示。
基于此，湖南大学段辉高教授、胡跃强助理教授团队以及德国海德堡大学刘娜教授团队将基于台阶式Fabry-Pérot腔的单片集成滤色片微阵列与全息超构表面纵向堆叠集成，实现了低串扰、大视场角、偏振不依赖的全彩全息，且通过设计该器件可实现结构色和全息双重显示功能，该器件在全息显示、防伪加密等领域具有广泛应用前景。相关成果以 “3D-Integrated Metasurfaces for Full-Colour Holography”为题、湖南大学为第一单位在线发表在国际光学顶尖期刊《Light: Science & Applications》(IF=14.0)上。论文第一作者是机械院助理教授胡跃强、硕士生罗栩豪，通讯作者段辉高教授。
近零串扰的超构表面全彩矢量全息技术。
此外，研究团队与新加坡国立大学仇成伟教授、哈尔滨工业大学（深圳）肖淑敏教授以及中国工程物理研究院罗毅教授等合作利用全介质超构表面的完全偏振调控自由度，通过非交错的TiO2超构表面实现了一种近零串扰的全彩矢量全息技术。改技术打破常规利用波长选择性实现彩色全息的原理，仅利用单个矩形超构表面单元和输入-输出偏振组合实现具有三个不同宽带响应的相位分布的独立偏振通道，并将三基色信息耦合入三个独立偏振通道，实现了高质量和高效率的矢量全彩全息。该技术展现了超构表面在信息存储、偏振光学，全息加密和显示等方面的潜力。相关成果以“Trichromatic and Tri-polarization-channel Holography with Non-interleaved Dielectric Metasurface”、湖南大学为第一单位在线发表在纳米技术领域顶级期刊《Nano Letters》(IF=12.71)上。论文第一作者是胡跃强助理教授，通讯作者是段辉高教授、仇成伟教授。
全息抽样技术为平板显示提供全新三维显示方案。
研究团队还积极探索全息在动态显示中的应用。近期段辉高教授及胡跃强助理教授作为共同作者与苏州大学陈林森教授、乔文副教授、密西根大学安堡分校L. Jay Guo教授等合作采用变周期、变取向的像素化超构表面光栅调制3D光场相位的新方法，通过重建会聚光场视点，获得了无视觉疲劳、宽视场、彩色的三维体验效果。该系统结构紧凑，有望应用于移动显示设备，相关工作以“Holographic sampling display based on metagratings”为题发表在国际著名期刊iScience (Cell子刊)上。
上述研究得到了国家优秀青年科学基金项目、湖南大学深圳研究院微纳光学器件先进制造实验室的支持。
文章链接如下：
https://www.nature.com/articles/s41377-019-0198-y
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b04107
https://doi.org/10.1016/j.isci.2019.100773
来源：机械院
通讯员：姚育翠
责任编辑：文亦佳
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