[发明专利]基于复合天线的可寻址动态超颖表面全息显示方法

说明书

本发明涉及基于复合天线的可寻址动态超颖表面全息显示方法，属于微纳光学和全息显示应用技术领域。本发明利用可寻址的随机像素半图变换Fidoc算法来实现具有定量关系的两幅纯相位全息图的相位恢复，将所选取的两幅图像对应的两个光场相位分布通过迭代联系在一起，并使其满足预先规定的定量关系，以获得再现像可切换的可寻址动态超颖表面全息图。本发明使用纯金V形天线和复合金/镁V形天线两种组成单元构成超颖表面，能够通过改变外部环境控制全息面相位分布的切换，分别再现出两幅不同的再现像，实现动态全息显示。本发明提供了一种近红外波段的亚波长像素、超薄、主动可调、可重复切换、可寻址的动态全息显示方法。

技术领域

本发明涉及一种动态全息显示方法，尤其涉及一种基于复合天线的可寻址动态超颖表面全息显示方法，属于微纳光学和全息显示应用技术领域。

背景技术

全息技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实三维图像的技术，能够真正重建出目标光波的场分布而实现图像深度信息的重建，在原理上具有其他显示技术无法比拟的优势，被认为是终极的三维显示方案，在立体显示、干涉测量、数据存储、医疗教学、图像处理和识别等方面具有广泛的应用。近年来，全息原理与微纳光学的结合逐渐成为全息技术中的一个前沿热点领域，相关应用研究也获得了快速的发展。作为一种典型的微纳光学元件，超颖表面通常是由亚波长尺寸的周期、准周期或随机排列的金属或介质纳米天线阵列构成，其波前调控机制并不依赖光的传播过程，而是精心设计每个单元结构，利用其对入射光场的强烈响应来改变局部光场的振幅和相位，以亚波长尺度对光场的振幅与相位进行高分辨率调制，进而实现对近场与远场的调控，产生特殊的光学效应。因此，超颖表面在调控光学特性时具有极高的自由度，将其与全息原理相结合，把全息图中复杂的振幅和相位分布用二维排布的亚波长结构进行编码，则能够大大促进全息器件的微型化，提高分辨率，增大信息容量，消除高阶衍射级次，增大视场角等。在这一背景下，基于超颖表面实现全息显示的各类方案被陆续提出。但由于材料选择和加工能力等因素的限制，主要的研究工作都在静态显示中展开，即一旦加工完成，超颖表面全息图所调制的振幅和相位将无法进行动态修改，对应的再现像也将无法改变。

近年来，随着技术的发展进步，已有一些主动可调超颖表面的实现方法被报道了出来，为超颖表面全息显示器件突破吋间带宽积的限制提供了新的方向。一种值得注意的方法是使用可机械拉伸的基底，通过在不同的重建平面上预先设定好不同的全息图像，该种超颖表面经过机械拉伸后能够在特定距离上实现重建图像的动态切换，但这一方法对基底材料的物理性质要求较高，且难以保证调制精度。相变材料和二维材料，如GST、石墨烯和黑磷等，也是构建主动可调超颖表面的常用材料，通过适当的外部刺激，如光、热、电流等，这些材料的光学性质将发生相应的变化，此种主动可调超颖表面能够实现较高效率的逐点擦写，但调制能力常常受到材料自身的限制，工作波长带宽较小，且难以实现较大范围的相位调控，且主要利用逐点调控的方式实现器件调制特性的改变，耗时长，可擦写速度慢。最近，基于新型镁材料的主动可调微纳器件为可重构光学元件提供了一种潜在的解决方案。作为一种活性材料，镁在光学频率下表现出优异的金属特性，而当镁被氢化成氢化镁或氢化镁在氧气环境中脱氢变回镁时，其光学性质变化将发生极大变化。因此，镁纳米天线的氢化/脱氢动力学非常适合用于构建动态超颖表面光学系统。但是，已报道的金/镁动态全息超颖表面使用了空间交错排列的金纳米天线与镁纳米天线作为相互独立的亚单元，使用多个亚单元构成一个基本组成单元，这一方法属于空间复用，不可避免地降低了全息图可用的空间带宽积。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的全息图可用的空间带宽积降低了的问题，提出了基于复合天线的可寻址动态超颖表面全息显示方法；该方法使用复合天线作为动态超颖表面的基本组成单元，不存在亚单元的概念，不会降低全息图可用的空间带宽积。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：