Nature子刊：中国计量大学等机构实现动态3D超表面全息显示技术突破
Nature子刊：中国计量大学等机构实现动态3D超表面全息显示技术突破
动态3D超表面全息显示技术是近年来光学领域的研究热点之一。近日，中国计量大学、北京航空航天大学等机构的研究团队在Nature子刊《Microsystems & Nanoengineering》上发表了一篇重要论文，提出了一种基于聚合物分散液晶（PDLC）与宽带超表面级联的新型动态3D全息显示技术。
研究背景
传统超表面的静态特性限制了动态3D全息显示的发展，特别是在快速响应、宽带调控和低串扰方面。当前液晶集成的动态超表面仍面临自由度有限（通常小于2）、信息容量低、响应速度慢及串扰问题严重的挑战。
创新方法
研究团队提出了一种基于聚合物分散液晶（PDLC）与宽带超表面级联的动态3D全息显示器。通过采用垂直堆叠的空间通道设计，结合PDLC的高效散射态调控，利用高速动态控制系统实现对入射光的电控扫描调制。设计了多通道（四通道）PDLC-超表面设备，能够以高对比度、低串扰和快速响应显示动态3D全息图像，包括单色全息图切换和颜色动态变化显示。
实验结果
实验表明，PDLC在12V以下透过率低于20%，而24V以上透过率超过60%。四通道动态寻址的3D全息显示系统展现了动态图像切换能力，串扰接近为零，实验验证了每通道动态响应的周期性开关特性。
创新性分析
论文属于硬件设计与工艺创新的结合。PDLC与宽带超表面的级联整合提供了一种全新的动态调控机制，显著提升了动态显示的自由度、响应速度和显示对比度。同时，该方法通过优化纳米柱参数实现了宽带高效超表面设计，在硬件层面克服了传统动态超表面在自由度、串扰和响应速度上的限制。工艺创新则体现在PDLC与超表面的级联设计及多通道动态寻址控制的实现。
关键发现
- 实现了跨整个可见光谱的动态3D全息显示
- 单色全息图像切换与颜色动态变化显示具有超高对比度和低串扰
- 四通道动态寻址的3D全息显示系统展现了动态图像切换能力，串扰接近为零
图文解析
图1电可调PDLC-超表面动态3D全息显示的示意图。
图6 多通道动态寻址3D全息显示的制备。
a PDLC器件的四像素通道（每个像素通道尺寸为500 μm）的示意图，每个像素的操作由微电路（蓝色）控制。
b 四通道动态寻址3D全息显示的操作，显示四架飞行飞机，表示四个像素通道处于开启状态（比例尺表示0.5 cm）。
c–f 四通道3D全息显示的3D全息图像顺序切换展示（从像素1到像素4），证明其动态寻址性能（比例尺表示0.5 cm）。
g 当像素1被激活时，不同像素在635 nm波长下的透过率比较，表明1与其他2、3、4通道之间的串扰几乎为零。
h 通过四像素通道的透过率响应循环调节，产生周期性的开关状态。
这项研究为动态3D全息显示技术的发展提供了新的思路和解决方案，有望在未来的显示技术领域发挥重要作用。
论文信息：
Sun, S., Li, J., Li, X.et al.Dynamic 3D metasurface holography via cascaded polymer dispersed liquid crystal.Microsyst Nanoeng10, 203 (2024).
DOI：https://doi.org/10.1038/s41378-024-00855-6