基于超表面材料的透反射全空间的全息显示技术

由于全息术能够记录并再现出物体散射光的幅值和相位信息，目前已被广泛应用到各种高端显示技术中。然而，现有的全息技术受原理限制、只能利用一半的成像空间，即在透射和反射空间中只能二选一，这将极大的限制全息信息的展示空间和应用范围。

最近，武汉大学郑国兴课题组提出了一种在SOS( Silicon on Sapphire)材料上实现的透反射全空间的全息显示技术。当圆偏振光入射到超表面上时，可以在透射空间和反射空间同时观察到不同的全息图像。并且当入射光的波长发生一定范围内的变化时，显示的全息图像的仍然能保持较高的质量。

这种基于SOS材料的微纳结构超表面由硅纳米砖阵列及蓝宝石基底组成。其中，纳米砖阵列具有两种不同的几何尺寸，分别对应于反射式和透射式工作模式。电磁仿真表明，反射式纳米砖的内部观测到磁共振现象，进而获得了较高的反射率。而透射式纳米砖由于内部不存在磁共振现象，对入射光主要起透射作用。我们通过对这两种纳米砖的方向角进行优化设计，并对这两种结构的纳米砖进行随机交叉排布以消除串扰，最终得到的超表面可以同时在透反射空间实现不同的全息图像显示。

实验装置

作为实例，我们设计了一个大小为170μm×170μm的超表面样片，反射空间的目标图像为“Wuhan University”英文字母，透射空间的目标图像为“Information”英文字母。我们给出了在不同波长和偏振态的入射光照射下的实验结果，与所设计的图像相符，验证了利用超表面实现透反射全空间全息显示技术的可行性。

上述成果发表在近期的Optics Express上，并被遴选为“编辑精选”(Editor's pick)。该工作得到国际自然科学基金（, 和）等的资助。

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