Electrically-controlled digital metasurface device for light projection displays
光投影显示器在我们的现代生活中发挥着越来越重要的作用。包括液晶显示器和数字光调制设备的核心投影系统可以施加空间光调制并主动地成形光波。最近，超颖表面的出现彻底改变了纳米光子学的设计概念，使一个新的家庭的光学元件具有特殊的自由度。在这里，我们展示了一种基于光学元表面的光投影显示技术，称为数字元表面器件（DMSD）。DMSD中的每个超颖表面像素都是具有良好控制的可编程性和可寻址性的电可重构的。DMSD不仅可以连续地调制具有高对比度的光的强度，而且可以成形由每个超颖表面像素产生的光的波前，并且在任意全息图案之间动态地切换。我们的方法将为定制光投影设备的开发铺平道路。它还将以新的动力和鼓舞人心的概念推动动态光学超颖表面领域的发展。
2021-05-13 physics.app-ph physics.optics
Information Encoding with Optical Dielectric Metasurface via Independent Multichannels
信息加密和安全是信息技术的先决条件，光学元表面可以对光的波长、偏振、相位和振幅进行任意操纵，可以实现信息技术。到目前为止，信息编码可以通过一维（1D）模式（波长或偏振）的超表面来实现，仅具有独立信道的几种组合。在这里，我们成功地应用2D模式（波长和偏振）的电介质超颖表面，具有更多的独立通道组合来加密信息，因此大大提高了加密的安全性。在二维模式下，由两个圆偏振态（RCP和LCP）和三个可见光波长（633 nm、532 nm和473 nm）组成的六个独立通道可以产生63种可用于信息编码的组合，与一维模式下由三个独立通道组成的七种组合形成鲜明对比。这种二维模式编码策略为提升多通道信息加密、防伪、光数据存储和信息处理等方面的信息安全水平铺平了新的道路。
2018-05-29 physics.optics
Multichannel vectorial holographic display and encryption
自发明以来，全息术已成为一种强大的工具，可以完全重建光的波前，包括所有的基本属性（振幅，相位，偏振，波矢量和频率）。为了充分挖掘超表面全息图的信息存储/显示能力，提高超表面全息图的加密安全性，需要采用智能复用技术和合适的超表面设计。在这里，我们集成了多个偏振操作通道的各种空间相位分布到一个单一的双折射矢量全息图，完全避免不必要的串扰。多个独立的目标相位轮廓与量化的相位关系，可以处理显着不同的信息，在不同的偏振状态实现在一个单一的超颖表面。对于我们的超颖表面全息图，我们表现出高保真度，大效率，宽带操作，和总共十二个偏振通道。这种多通道偏振复用技术可用于动态矢量全息显示，为光学安全提供三重保护。该概念对于任意自旋角动量转换和各种相位调制/光束整形元件的应用是有吸引力的。
2019-03-24 physics.optics
Metasurface-Integrated Polarization-Insensitive LCoS for Projection Displays
本文提出一种集成双层超表面的LCoS原型，通过偏振转换与电调谐光栅实现可见光偏振不敏感的高对比度振幅调制，并展示64像素可寻址投影，提升能效并兼容现有工艺。
2024-11-07 physics.app-ph physics.optics
Bidirectional Vectorial Holography Using Bi-Layer Metasurfaces and Its Application to Optical Encryption
本研究提出双层硅纳米结构光学超表面，结合互易系统非对称光学传输理论与传输空间划分法，实现任意偏振的通用非对称传输及四通道偏振-方向复用矢量全息，可用于高隐蔽性光学加密。
2025-03-19 physics.optics
Advanced Phase-Change Materials for Enhanced Meta-Displays
由于来自静态全电介质超颖表面的光散射而产生的结构颜色已经成功地实现了高分辨率、高饱和度和宽色域彩色打印应用。尽管最近取得了进展，但这些结构依赖性颜色的大多数演示缺乏制造后的可调性，这阻碍了它们对前端动态显示技术的适用性。相变材料（PCM），其非晶态和晶态之间的光学性质的显着差异，已被证明是在可重构纳米光子学的潜力。在此，我们利用了由新出现的一类具有极好特性的低损耗光学PCM制成的可调谐全介电反射超颖表面，即，三硫化锑（Sb $_2$ S $_3$）、三硒化锑（Sb $_2$ Se $_3$）和二元锗掺杂硒化物（GeSe $_3$），以实现可切换、高饱和度、高效率和高分辨率的结构色。该超颖表面具有偏振敏感的构造块，当被两个正交偏振的入射光束照射时，可以产生两种不同的颜色。这种自由度（即，结构状态和偏振）使得具有固定几何参数的单个可重构超表面能够产生四种不同的宽色域颜色，适用于广泛的应用，包括可调全色打印和显示、信息加密和防伪。
2021-05-04 physics.app-ph physics.optics
Dynamic plasmonic colour display
基于工程超颖表面的等离子体彩色打印由于其前所未有的亚波长分辨率和高密度光学数据存储而彻底改变了彩色显示科学。然而，具有包括动态多色打印、动画和高度安全加密的新颖功能的先进等离子体显示器仍处于起步阶段。在这里，我们展示了一个动态的等离子体激元彩色显示技术，使所有上述功能使用催化镁超颖表面。作为动态像素的组成镁纳米颗粒的受控氢化和脱氢允许等离子体彩色打印、调谐、擦除和颜色恢复。不同的动态像素具有不同的颜色变换动力学，从而实现等离子体动画。通过智能材料处理，在光学和扫描电子显微镜都无法识别的选定像素上编码的信息只能使用氢作为解码密钥读取，这表明新一代的信息加密和防伪应用。
2021-05-04 physics.app-ph physics.optics
Electrically switchable metasurface for beam steering using PEDOT
可切换和主动超表面允许实现光束转向、可变焦超透镜或动态全息。为了实现这一目标，必须将高性能超颖表面与具有高折射率对比度和高切换速度的可切换材料相结合。在这项工作中，我们提出了一个电化学可切换的超颖表面的光束转向，我们使用的导电聚合物聚（3，4-乙烯-二氧噻吩）（PEDOT）作为活性材料。我们展示了角度高达10°的光束衍射，以及采用外部施加的-1 V和+0.5 V之间的循环电压的衍射光束和初级光束的强度变化。通过这种独特的组合，我们实现了1 Hz范围内的开关速度，同时可以扩展到数十Hz区域的典型显示频率。我们的研究结果对未来电子开关和显示纳米技术的设计和制造有直接的影响，例如动态全息图。
2021-03-03 physics.app-ph physics.optics
Design of achromatic augmented reality visors based on composite metasurfaces
一种紧凑的近眼遮阳板（NEV）系统可以将光从显示器引导到眼睛，这可以改变增强现实（AR）技术。不幸的是，这种NEV的现有实现方式或者遭受小视场或者色差。透明的质量和笨重进一步使遮阳板的整体性能不适合无缝的用户体验。超颖表面是一种新兴的纳米光子元件，可以显著减小光学元件的尺寸，同时增强功能。在本文中，我们提出了一个超紧凑的新能源汽车的复合超颖表面的设计。我们模拟了校正色差的原理证明遮阳板的性能，同时提供大的显示视场（水平和垂直均>77°）、良好的透视质量（在整个可见波长范围内>70%的透射率和小于波长均方根（RMS）波前误差），如沉浸式AR体验所需。
2020-10-01 physics.app-ph physics.optics
Dynamic Janus Metasurfaces in the Visible Spectral Region
Janus单分子层作为打破面内和面外结构对称性的一个流行概念，一直受到人们的关注。Janus函数的概念起源于化学和材料科学，最近被扩展到亚表面，它是通过亚原子相对于入射光的传播方向或偏振方向不对称地排列而实现的。然而，这样的超颖表面本质上是静态的，并且一旦制造了器件，它们携带的信息就可以通过扫描入射光方向和偏振状态来直接解密。在这封信中，我们提出了一个动态的Janus超颖表面计划在可见光谱区。在每个超级单位单元中，三个等离子体像素被分类为两组。一组包含镁纳米棒和金纳米棒，它们相对于彼此正交取向，用作反像素。另一组只包含镁纳米棒。Janus超颖表面上的有效像素可以通过镁纳米棒的氢化/脱氢来可逆地调节。可见频率下的这种动态可控性允许具有新颖功能的平面光学元件，包括光束转向、双焦点透镜、全息加密和双光学功能切换。
2021-04-30 physics.app-ph physics.optics
Polarization-Encoded Lenticular Nano-Printing with Single-Layer Metasurfaces
针对单层超表面纳米印刷独立图像数量受限的问题，提出Pollen偏振编码光栅立体方法，通过傅里叶空间角度映射、三偏振通道复振幅控制和改进进化算法，实验实现25幅超高分辨率图像。
2024-03-05 physics.app-ph physics.optics
Multi-channel OOK Communication by Using Frequency-multiplexed Switchable Metasurface
本文提出一种基于双层石墨烯和FPGA的频率复用可重编程幅度编码超表面，结合OOK调制与替换密码加密，在0.98 THz和1.46 THz实现多信道安全太赫兹通信。
2024-10-23 physics.optics
Enabling optical steganography, data storage, and encryption with plasmonic colors
利用超薄超颖表面以及金属纳米颗粒的等离子体颜色生成由于其高空间分辨率和机械/化学稳定性而具有广泛的应用前景，包括彩色显示器、数据存储和信息加密。大多数最近展示的系统产生静态颜色;然而，更先进的应用，如数据存储，需要快速和灵活的手段来调整等离子体颜色，同时保持它们的活力和稳定。在这里，一个表面浮雕铝超颖表面，反射偏振可调等离子体颜色的设计和实验证明。局部表面等离子体激元的激发将入射和反射的偏振光的离散组合编码成不同的颜色。一个单一的存储单元--纳米像素--在其组成纳米天线的方向上存储多位信息。然后通过用两个线性偏振器检查反射的颜色序列来可靠地检索该信息。它是广泛的颜色变化和高空间分辨率的编码方法，支持快速并行读出和加密的高密度光学数据的强大承诺。我们的方法也使强大的动态万花筒图像的生成没有有害的“串扰”的影响。该方法为先进的动态隐写术、高密度并行访问光数据存储和光信息加密开辟了一条新的途径。
2020-09-08 physics.optics
Strain multiplexed metasurface holograms on a stretchable substrate
我们展示了可重构的相位只有计算机生成的超颖表面全息图与一个，两个，或三个图像平面在可见光制度上的可拉伸聚二甲基硅氧烷基板。拉伸基底会放大全息图像并改变图像平面的位置。在拉伸时，这些设备可以在多个不同的图像之间切换所显示的全息图像。这项工作开辟了可拉伸超颖表面全息图作为动态可重构光通信和显示的平面设备的可能性。它还证实了可拉伸衬底上的超表面可以作为各种可重构光学器件的平台。
2017-02-06 physics.optics
Large-scale Huygens metasurfaces for holographic 3D near-eye displays
新的显示技术旨在为用户提供越来越身临其境的体验。在这方面，生成具有高分辨率和连续深度的三维（3D）场景是一个长期追求的梦想，该场景可以与现实世界叠加。然而，目前这样做的尝试未能提供真正的3D信息或大的观看区域和角度，从而严重限制了用户沉浸感。在这里，我们报告了这个问题的概念验证解决方案，并实现了具有10 mm x 8.66mm的大出瞳的紧凑型全息3D近眼显示器。3D图像是从具有大（>10^8）像素数和亚波长像素的高度透明的惠更斯超颖表面全息图生成的，该全息图通过深紫外浸没光刻法在300 mm玻璃晶片上制造。我们通过实验展示了高质量的虚拟3D场景，具有约50 k个活动数据点，连续深度范围从0.5米到2米，与真实世界重叠，易于肉眼观察。为此，我们引入了一种新的全息近眼显示器的设计方法，该方法本质上能够提供视差和调节提示，从根本上解决了当前商业3D显示器中存在的聚散度-调节冲突。
2020-10-09 physics.optics
Phase-Only Holographic Assisted Planar Printing for Massively Multiplexed Optical Display and Encryption
由单层或多层微纳米光学平台制成的多路复用平面印刷对于高容量显示、信息存储和加密至关重要。虽然发展迅速，但其展示渠道仍然有限，缺乏即时性。在这里，全息图和印刷，一直被认为是两个独立的信息编码领域与完全不同的原则，结合在一起，通过我们提出的角度复用框架，导致复用印刷与数百个通道。基于这种方法，我们分别实验编码25个灰度打印到25个角度，甚至8个灰度视频到8个角度与相位空间光调制器。作为打印和全息图之间的桥梁，我们的方法允许生成打印结合各种全息方法。受益于此，我们展示了基于梯度超颖表面的324通道打印，其同时复用角度、偏振和波长。我们的工作为灵活的角度相关打印显示和大规模多路复用加密系统铺平了道路。
2022-06-16 physics.optics
Inverse-Designed Metasurfaces for Wavefront Restoration in Under-Display Camera Systems
Hanyang University（汉阳大学）；University of Washington（华盛顿大学）
本文提出了一种逆向设计的超表面，用于在显示屏相机系统中实时恢复波前，以解决由金属像素结构引起的衍射失真问题。
2025-04-24 physics.comp-ph physics.optics
Active Huygens' metasurface based on in-situ grown conductive polymer
本文提出一种基于原位生长导电聚合物的有源惠更斯超表面，实现高速、长寿命、无滞后及高对比度的电控光学响应，满足显示应用需求，为紧凑电光超器件奠定基础。
2023-05-12 physics.app-ph physics.optics
Phase-only transmissive spatial light modulator based on tunable dielectric metasurface
快速发展的增强现实（AR）和3D全息显示技术需要具有高分辨率和视角的空间光调制器（SLM）来满足日益增长的客户需求。目前可用的SLM以及它们的性能受限于它们几微米量级的大像素尺寸。由于减少与液晶（LC）单元厚度相关联的像素间串扰的持续挑战，进一步的像素尺寸小型化已经停滞，所述液晶单元厚度必须足够大以累积所需的2π相位差。在这里，我们提出了一个概念的可调介电超颖表面调制的液晶环境，它可以提供突然的相位变化和解耦的相位积累从液晶盒的厚度，最终使像素尺寸的小型化。我们提出了一种基于超颖表面的SLM器件，该器件被配置为以>35%的效率和11°的大光束偏转角产生主动光束转向，LC单元厚度仅为1.5 μm，比传统器件小得多。我们实现了1.14 μm的像素尺寸，对应于877 lp/mm的图像分辨率，这是目前可用的商业SLM器件的30倍。基于超表面的SLM的高分辨率和视角为下一代近眼AR和3D全息显示技术开辟了新的道路。
2019-01-23 physics.app-ph physics.optics
Metasurfaces for near-eye augmented reality
增强现实（AR）具有通过将虚拟信息叠加到人对其实时环境的直接视图上来彻底改变信息呈现方式的潜力。通过将显示器放置在眼睛表面上，隐形眼镜显示器（CLD）为紧凑型AR提供了多功能解决方案。然而，由于眼睛的调节有限，裸眼无法看到CLD上的图案。在这里，我们介绍一种全息显示技术，它将虚拟信息直接投射到视网膜上，使眼睛看到它，同时保持真实世界的可视化。我们设计的关键是引入元表面来创建一个相位分布，以逐像素的方式投射虚拟信息。与传统的全息技术不同，我们的基于超表面的技术能够使用单个被动全息图显示任意图案。通过小的形状因子，所设计的超表面使近眼AR不需要额外的光学元件，例如空间光调制器，用于动态图像控制。
2019-01-18 cs.GR physics.optics
Dynamic Control of Plasmonic Colors by Voltage Actuation MEMS Cantilevers for Optical Display Applications
使用ITO（氧化铟锡）和LC（液晶）材料的传统光学显示器在长期可持续性方面存在很多挑战。我们在这里展示了如何通过将基于传输的等离子体超颖表面与MEMS（微机电系统）技术相结合，仅使用两种常见材料来产生具有成本效益且CMOS兼容的快速和全范围电控RGB彩色显示器：铝和氧化硅。白光通过由铝纳米孔阵列制成的等离子体超颖表面过滤成红色、绿色和蓝色分量，并且通过每个滤色器的透射由在滤色器顶部上用铝和氧化硅制造的MEMS小型化杠杆调制。我们表明，一个彩色子像素的相对透射率可以自由调制从35%到100%。我们的像素还可以在800 Hz以上运行，从而实现未来的超快显示。我们的工作通过利用结构色和MEMS技术的进步来创新光学显示器，为未来的循环经济目标提供了一条道路。
2021-10-27 physics.app-ph physics.optics
Flat metaform near-eye visor
近眼护目镜是头戴式显示器中最重要的组件之一。目前，自由形式的光学器件和波导被用于设计近眼护目镜，但是这些结构是复杂的，并且当护目镜被放置在眼睛附近时，它们的视场是有限的。在本文中，我们提出了一个平面，自由形式的近眼罩，它使用了亚波长图案化的超颖表面反射器。护目镜设计在投影的显示图案上赋予空间相位轮廓，并且可以使用微米级厚超表面来实现。由于所产生的变形护目镜依赖于衍射，因此当距离眼睛仅2.5 cm时，它可以保持大视场（水平和垂直均为77.3°）。我们模拟的元表面遮阳板估计的调制传递函数，并发现投影图像质量足够高的人类视觉。虽然元表面的设计最初是通过射线光学，使用全波时域有限差分模拟，我们验证了我们的遮阳板设计的缩放版本。
2017-09-23 physics.app-ph physics.optics
Depolarized Holography with Polarization-multiplexing Metasurface
本文提出将偏振复用超表面集成到全息显示中，利用正交偏振的互相干性增加 CGH 优化自由度，并通过完全可微流程联合优化 SLM 相位与纳米结构几何参数，从而抑制散斑、提升图像质量。
2023-09-26 cs.GR eess.IV physics.app-ph
Enhanced electro-optic modulation in resonant metasurfaces of lithium niobate
在显示技术或数据处理中，需要适合于平板光子器件的平面和亚波长自由空间组件。在数百纳米内成形光学波前的超表面可以为薄且便携的光子器件提供解决方案，例如作为CMOS兼容模块。虽然传统的电光调制器不方便在自由空间配置中操作，但其原理可以在很大程度上应用于有源超颖表面的开发，其调制速度有望达到GHz区域。在这里，我们使用这个概念来实现快速和连续的光调制在低电压和MHz的速度与锂的超颖表面调谐的线性电光效应。此外，我们利用在可见光中的共振，以提高两个数量级的调制的透射光，即由一个因素的80，相比，非结构化基板。这项概念验证工作是将锂酸盐超颖表面用于自由空间调制的第一个重要步骤。
2021-07-21 physics.app-ph physics.optics
Reconfigurable metasurface hologram by utilizing addressable dynamic pixels
平坦、紧凑和高容量数据存储能力使得超表面非常适合于全息信息记录和生成。然而，大多数超颖表面全息图是静态的，不允许在制造之后动态修改相位轮廓。在这里，我们提出并证明了一个动态超颖表面全息图，利用分层反应动力学的镁氢化/脱氢过程。该超颖表面由复合金/镁V形纳米天线作为构建块组成，从而在氢/氧环境中形成可重构的相位分布。我们已经开发了一个迭代全息算法的基础上的Fidoc方法建立一个量化的相位关系，这使得可重构的相位轮廓重塑重建图像。这种策略通过氢调节的化学过程引入了主动可控的动态像素，显示出前所未有的光学加密，信息处理和动态全息图像改变的潜力。
2020-02-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical secret sharing with cascaded metasurface holography
秘密共享是用于存储高度敏感的信息（如编码数据的加密密钥）的完善的密码原语。它描述了将一个秘密分成不同份额的问题，而不向其股东透露有关该秘密的任何信息。在这里，我们展示了一个全光学的解决方案，秘密共享的基础上元表面全息。在我们的概念中，超表面全息图被用作空间上可分离的共享，其以全息图像的形式携带加密消息。其中两个份额可以通过将它们靠近在一起而重新组合。穿过这一叠超颖表面的光积累了两个全息图的相移，并且可以高保真地光学重建秘密。另一方面，由单个元表面生成的全息图可以用于识别每个股东。此外，我们证明了两个堆叠的超颖表面全息图之间的固有平移对准灵敏度可以用于空间复用，其可以进一步扩展以实现光学标尺。
2021-10-07 cs.CR physics.optics
80-degree field-of-view transmissive metasurface-based spatial light modulator
紧凑、轻便和高性能的空间光调制器（SLM）是现代光学技术的关键。像素小型化的驱动，必要的，以提高其性能，导致了一个有前途的替代，有源光学超颖表面，使可调谐的亚波长波前操纵。在这里，我们展示了一个全固态可编程透射SLM设备的基础上惠更斯介电超颖表面。超颖表面的特征在于由成熟的液晶（LC）技术提供的电可调谐性。与传统的LC SLM相比，我们的器件能够实现高分辨率，像素尺寸为~1 μ m。我们通过实现可编程波束控制来展示其性能，其具有~6 dB的高边模抑制比。通过使用双光子聚合制造的3D打印双合微透镜来补充该设备，我们将视场增强到约80度。开发的原型为下一代增强现实显示器，光探测和测距（LiDAR）系统和光学计算的紧凑，高效和多功能设备铺平了道路。
2021-07-23 physics.app-ph physics.optics
Chirality tuning and reversing with resonant phase-change metasurfaces
本文提出将支持连续域中手性束缚态的谐振超表面与相变材料结合，实现了动态可调的手性响应，并利用非晶态与晶态间的相变，使手性迅速从-0.947连续反转至+0.958。
2024-01-03 physics.app-ph physics.optics
Enhanced Meta-Displays Using Advanced Phase-Change Materials
由于来自静态全电介质超颖表面的光散射而产生的结构颜色已经成功地实现了高分辨率、高饱和度和宽色域彩色打印应用。尽管最近取得了进展，但这些结构依赖性颜色的大多数演示都缺乏制造后的可调性。这阻碍了它们对于前端动态显示技术的适用性。相变材料（PCM），其非晶态和晶态之间的光学性质的显着差异，已被证明是在可重构纳米光子学的潜力。在此，我们利用由新出现的低损耗光学PCM类别制成的可调谐全介电反射超颖表面，即，三硫化锑（Sb $_2$ S $_3$）和三硒化锑（Sb $_2$ Se $_3$），具有实现可切换、高饱和度、高效率和高分辨率动态元像素的优异特性。利用偏振敏感的积木，所提出的元像素可以产生两个不同的颜色时，由两个正交偏振入射光束之一照射。这种自由度（即，材料相位和偏振状态）使得具有固定几何参数的单个可重构超表面能够生成四种不同的宽色域颜色。我们实验证明，第一次，电驱动的微尺度显示器，通过集成的相变超颖表面与片上加热器形成的透明导电氧化物。我们的实验结果使一个多功能的平台，适用于广泛的应用，包括可调全色打印，增强的动态显示，信息加密和防伪。
2021-07-19 physics.optics
Metasurface-dressed two-dimensional on-chip waveguide for free-space light field manipulation
我们表明，超颖表面涂层的二维（2D）平板波导，使任意复杂的光场的产生相结合的光学超颖表面的波前控制与光子集成电路的紧凑性的极端的多功能性和自由。我们展示了片外二维聚焦和全息投影与我们的超表面修饰的光子集成器件。这项技术为许多其他需要完全片上集成的2D光场操纵的光学应用提供了潜力，例如固态LiDAR和近眼AR/VR显示器。
2022-01-23 physics.optics
Optically Addressed Spatial Light Modulator based on Nonlinear Metasurface
空间光调制器（SLM）是用于按需调制光束的振幅、相位或偏振的装置。从日常娱乐到科学研究，这些设备在许多领域都发挥着不可或缺的作用。在过去的几十年中，SLM主要以电寻址（EASLM）方式操作，其中通过传统的电子接口创建和加载写入图像。然而，像素化电极的采用限制了EASLM的分辨率和效率。在这里，我们提出了一种基于非线性超颖表面的光寻址空间光调制器（MS-OASLM），通过该调制器，信号光被另一个写入光束直接调制，不需要电极。MS-OASLM显示出前所未有的紧凑性，总厚度为400 nm，这得益于超颖表面出色的非线性。它们的亚波长特征尺寸能够实现高达每毫米250线对的高分辨率，这比目前任何商用SLM都要好一个数量级以上。这种MS-OASLM可以为开发下一代高分辨率显示器和全光学信息处理技术提供机会。
2020-03-11 physics.app-ph physics.optics
Bell-State Quantum Holography with Metasurfaces
本文实验实现贝尔态量子全息术，利用偏振复用超表面在纠缠光子对中编码全息图像，并提出量子全息层析技术逐像素重建密度矩阵，为高维量子通信与信息处理提供可扩展方案。
2025-11-10 physics.optics quant-ph
Metasurface Holography over 90% Efficiency in the Visible via Nanoparticle-Embedded-Resin Printing
超表面全息术是通过超表面调制光的空间振幅和相位来重建全息图像的技术，已经成为下一代显示技术。然而，用于实现元全息图的常规制造技术受到其小图案化区域、高制造成本和低产量的限制，这阻碍了其实际应用。在这里，我们展示了一个高效率的全息图，使用一步纳米制造方法与二氧化钛纳米颗粒嵌入树脂，允许高吞吐量和低成本的制造。在一个单一的波长，一个创纪录的高96.4%的理论效率证明与实验测量的转换效率为90.6%和零级衍射7.3%，产生超高效率，孪生图像自由全息图，甚至可以直接观察到环境光条件下。此外，我们还设计了一个平均效率为76.0%的宽带元原子，并在实验上展示了在450至650 nm可见波长处平均效率为62.4%的元全息图。
2021-09-02 physics.app-ph physics.optics
Electro-Optic Lithium Niobate Metasurfaces
元表面的许多应用需要在时域中动态地改变其属性的能力。电调谐技术是特别感兴趣的，因为它们为超表面与光电子器件的片上集成铺平了道路。在这项工作中，我们提出并实验证明了一种电光铌酸锂（EO-LN）超表面，它对透射光的相位延迟表现出动态调制。从我们的超颖表面观察到了准束缚态。通过施加外电压，LN的折射率通过Pockels EO非线性而改变，导致对QBIC波长附近的透射光的有效相位调制。我们的EO-LN超颖表面开辟了新的路线，在显示，脉冲整形和空间光调制领域的潜在应用。
2021-01-16 physics.optics
Flexible Metasurface Holograms
超表面全息图通常在刚性基底上制造。在这里，我们通过实验展示了在可见光范围内工作的宽带，灵活，适形，螺旋度多路复用超颖表面全息图，为现实生活中的实验室应用提供了更大的潜力。当圆偏振光入射到位于非平面目标上的反射型超颖表面上时，得到两个对称分布的全息图像。通过控制入射光的螺旋度，可以实现两个离轴像的互换，并具有很高的保真度。我们的超颖表面的特点是在一个灵活的，一致的环氧树脂抗蚀剂膜上的空间变化的金纳米棒的安排，以实现Pancharatnam- Berry相配置文件。这些结果为实际应用铺平了道路，包括偏振操纵，光束转向，新型透镜和全息显示。
2016-11-29 physics.optics
Ultranarrow-linewidth Wavelength-Vortex Metasurface Holography
本文提出超窄线宽波长-涡旋复用超表面全息术，结合色散工程与transformer神经网络，实现118个独立通道和2nm线宽，并应用于全息视觉密码学大幅提升安全性。
2024-08-29 physics.optics
Electrically Tunable Multifunctional All-Dielectric Metasurfaces Integrated with Liquid Crystals in the Visible
作为二维超材料，超表面为静态平面光学的设计开辟了新的途径。然而，实际应用需要光学波段中的超颖表面的动态调制。现有的动态器件很少利用超表面的偏振操纵能力。在这里，我们展示了一个电可调的多功能超颖表面在可见光范围内，通过集成双折射液晶（LC）与全介电超颖表面的基础上一种新的封装方案。通过结合超颖表面的螺旋度相关的几何相位和液晶分子的偏振控制能力，实现了两个螺旋度通道的连续强度调谐和切换。电调谐单通道可切换的元全息图，多路复用的元全息图，和动态变焦超透镜的设计来验证的概念。动态调谐中偏振控制的探索可以为各种应用中的动态超颖表面器件铺平道路，例如空间光调制器、光检测和测距系统以及全息显示器。
2020-12-25 physics.optics
Unidirectional Luminescence from Quantum Well Metasurfaces
III族氮化物发光二极管（LED）是无处不在的照明和显示应用的支柱。赋予定向发射是许多LED实现的基本要求。虽然光学封装、纳米图案化和表面粗糙化技术可以增强LED提取，但引导发射光需要庞大的光学元件。光学超颖表面提供了对透射和反射波形的精确控制，这为引导光发射提供了新的途径。然而，由于缺乏锁相入射波，很难使超颖表面概念适用于非相干光发射。在这封信中，我们展示了基于超颖表面的InGaN/GAN量子阱结构的设计，该结构在任意工程角度下产生窄的单向传输和发射波瓣。我们发现，发射的方向和偏振显着不同的传输，在协议的分析局域光态密度（LDOS）模型。在这封信中提出的结果打开了一个新的范例，利用超颖表面功能的发光器件。
2019-05-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Multiwavelength Achromatic Metasurfaces by Dispersive Phase Compensation
用衍射平面元件代替体折射光学元件使得光学系统小型化成为可能。然而，由于光在传播期间累积的相位的色散，衍射光学器件遭受大的色差。我们表明，这种限制可以克服工程波长相关的相移所赋予的超颖表面，并展示了一种设计，偏转三个波长没有色散。本文还介绍了一种在三个波长处无色差的平面透镜。我们的设计是基于低损耗介质谐振器，它引入了一个密集的光谱的光学模式，使色散相位补偿。基于超颖表面的平面光子学中的色差抑制将在用于显示器的轻量准直器和色度校正成像系统中找到应用。
2015-05-20 physics.optics
Phase space framework enables a variable-scale diffraction model for coherent imaging and display
针对传统傅里叶衍射方法图像平面尺度固定的问题，本文基于高维相空间提出可变尺度衍射计算框架，支持快速算法、像差自动校正，并在三维重建和全彩超表面全息中验证了高保真与近零串扰性能。
2024-06-07 physics.app-ph physics.optics
Dielectric metasurface for independent complex-amplitude control of arbitrary two orthogonal states of polarization
超颖表面是一种可以在亚波长尺度上操纵光的振幅、相位和偏振（APP）的平面结构。尽管已经基于超颖表面提出了各种功能，但是最通用的光学控制，即，任意两个正交偏振态的独立复振幅（振幅和相位）控制尚未实现。这种级别的光学控制不仅可以覆盖以前实现的各种功能，而且还可以实现以前不可行的新功能。在这里，我们提出了一个单层介电超颖表面来实现这一目标，并通过实验证明了几个先进的功能，如两个独立的全色印刷图像下任意椭圆正交偏振和双套印刷全息集成。我们的工作开辟了先进的图像显示，信息编码和偏振光学的广泛应用的方式。
2021-05-28 physics.optics
Multicolor and 3D holography realized by inverse design of single-celled metasurfaces
超表面产生的全息术已经成为一种很有前途的路线，通过使用超紧凑的设备操纵光的光学特性来完全再现生动的场景。然而，由于单个元原子的容量限制，使用单个元表面实现多个全息图像仍然是困难的。在这项工作中，我们提出了一种基于梯度下降优化的逆向设计方法，将多条全息信息编码到单个元表面中。所提出的方法允许单细胞超颖表面的逆向设计，而不需要复杂的超原子设计策略，有利于使用宽带低损耗材料的高吞吐量制造。利用所提出的设计方法，多平面RGB彩色全息图和三维全息图的设计和实验证明。多达18个不同的元表面生成的全息图像被证明，实现了一个单一的相位只有元表面的最先进的数据容量。据我们所知，我们提出了第一个实验演示的超表面生成的3D全息图，在每个平面上有完全独立和独特的图像。通过展示单个超颖表面的高密度全息信息，目前的研究结果为实际的超颖表面生成全息提供了一条可行的路线，最终走向光存储，显示和全色成像的应用。
2022-07-11 physics.optics
Enhanced Light Extraction and Beam Focusing in GaN LEDs Using Hybrid Metasurface-Distributed Bragg Reflector Structures
本研究提出集成DBR与TiO2超表面的GaN LED混合结构，通过参数仿真优化实现25.67%光提取效率和5.7度窄发散角，显著提升器件性能。
2025-05-29 physics.app-ph physics.optics
Wide-angle and high-efficiency achromatic metasurfaces for visible light
最近，消色差超颖表面被成功地证明在相同方向上偏转多个波长的光，并且其被进一步应用于没有色差的平面透镜的设计[Science，347，1342（2015）]。然而，这样的超颖表面只能工作于法向入射并且表现出低转换效率。在这里，我们提出了一个超广角和高效率的超颖表面没有色差波前整形在可见光范围内。该超颖表面由多个金属纳米槽光栅构成，由于在不同的共振波长下激发局域间隙等离子体模，这些光栅支持从10 o到80 o的超宽入射角范围的增强衍射。在这些谐振波长处的入射光可以被有效地衍射到相同的方向，同时完全抑制镜面反射。这种方法被应用到一个消色差的平面透镜的设计，聚焦到同一位置的不同波长的光。我们的研究结果提供了一种简便的方法来设计各种消色差平面光学元件的成像和显示应用。
2016-03-15 physics.optics
Dynamic dielectric metasurfaces via control of surface lattice resonances in non-homogeneous environment
本文提出并实验演示了一种通过控制非均匀环境中的表面晶格共振来动态调谐介电超表面的新策略，揭示了光流控环境下SLR移动和阻尼两种机制，为高灵敏度传感器和高分辨率小像素显示器提供了新途径。
2023-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Molding Free-Space Light with Guided-Wave-Driven Metasurfaces
具有无与伦比的光可控性的超颖表面已经显示出巨大的潜力来彻底改变传统光学。然而，它们主要与自由空间光输入一起工作，这使得完全片上集成变得困难。另一方面，集成光子学实现了密集封装的器件，但具有有限的自由空间光可控性。在这里，我们表明，明智设计的导波驱动超颖表面可以将导波塑造成任意的自由空间模式，以实现复杂的自由空间功能，如光束转向和聚焦，具有超小的足迹和潜在的无衍射损耗。基于同样的概念，结合超颖表面诱导的反转对称破缺，我们还实现了微环谐振腔的直接轨道角动量激光输出。我们的研究致力于在集成光子学和自由空间平台上完全控制光，并为创建多功能光子集成器件铺平了新的令人兴奋的道路，这些器件可以灵活地访问自由空间，从而可以在通信，遥感，显示等领域实现大量应用。
2020-01-09 physics.optics
Metasurface holography: from fundamentals to applications
全息术已经成为一种重要的方法，完全工程的波前光，因为它的发明可以追溯到上个世纪。然而，典型的大像素尺寸、小视场和有限的空间带宽在按需高性能应用中施加了限制，特别是对于三维显示和大容量数据存储。同时，超颖表面在通过具有高空间分辨率的组成双平面元件的良好定制的散射行为来控制光的传播方面显示出巨大的潜力，使它们适合于全息光束整形元件。在这里，我们回顾了超颖表面全息领域的最新进展，从超颖表面的分类到自由空间波和表面波的设计策略。通过采用全息复用的概念，可以使用超表面来采用多个信息信道，诸如波长、偏振状态、空间位置和非线性频率转换。与此同时，通过功能材料的集成，可切换的超颖表面全息刺激从被动到主动元件的逐渐过渡。重要的是，全息原理已经成为解决电磁波的逆向工程问题的通用且简单的方法，从而允许实现各种相关技术。
2019-03-24 physics.optics
Multichannel joint-polarization-frequency-modulation encrypted metasurface in secure THz communication
本文提出一种利用chaos算法和双层graphene超表面在双频双偏振下进行幅度-频率联合调制的加密无线通信协议，显著提升了太赫兹通信的安全性。
2024-09-24 physics.optics
Tensor-driven geometric phase in nonlinear AlGaAs metasurfaces
Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学纳米科学和纳米技术研究中心）；University of Brescia（布雷西亚大学）
研究通过非线性光束偏转和结构光生成，展示AlGaAs超材料中几何相位设计的灵活性，提升谐波生成效率。
2026-01-26 physics.optics
An all-dielectric metasurface polarimeter
光的偏振态是许多成像系统中的关键参数。例如，它可以对机械应力和其他物理特性进行成像，这些都是传统成像所看不到的，而且还可以在量子传感中发挥核心作用。然而，偏振更难以成像，并且偏振测量通常涉及利用测量设备中的移动部件的若干独立测量。具有交错设计的超表面已经表现出对线性或圆/椭圆偏振状态的敏感性。在这里，我们提出了一个全介质元偏振计的任何任意偏振态的直接测量从一个单一的单元设计。通过设计完全不对称的设计，我们获得了一个可以激发纳米谐振器本征模的元表面，从而不仅为任何线性偏振态而且为所有椭圆偏振态（和旋向性）显示独特的衍射图案。独特的衍射图案被量化为斯托克斯参数，分辨率为5 $^{\circ}$，偏振态保真度高达$99\pm1$ %。这为偏振成像和量子态层析成像的应用提供了希望。
2022-03-10 physics.app-ph physics.optics quant-ph
2D silver-nanoplatelets metasurface for bright directional photoluminescence, designed with the local Kirchhoff's law
本文提出基于局部基尔霍夫定律的设计方法，制备并表征了集成等离子体超表面与纳米片的约300 nm厚发光器件，实现了高方向性与高亮度。
2023-09-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Complete amplitude and phase control of light using broadband holographic metasurface
利用光的振幅和相位信息重建光的轮廓，称为全息术，是一种有吸引力的显示三维图像的光学技术。由于理想全息图的基本要求，振幅和相位的亚波长控制是至关重要的。然而，传统的全息装置受到其在可见光的振幅和相位两者中的不完全调制的有限能力的影响。在这里，我们提出了一种新的超颖表面，能够完全控制的幅度和相位分布的可见光独立的亚波长空间分辨率。基于潘查拉特南-贝瑞相的扩展概念，使用X形亚原子实现了幅度和相位的同时、连续和宽带控制。首次实现了具有亚波长分辨率的完整复振幅全息图的实验演示，并与传统的纯相位全息图相比，显示出显著的信噪比。我们的超颖表面具有多方面的优势，具有非凡的控制能力，为理想的全息术铺平了道路，这有望成为光学全息术和超颖表面领域的重大进步。
2017-06-29 physics.optics
Planar narrow-band-pass filter based on Si resonant metasurface
光学谐振介电超颖表面提供了独特的能力，可以基于不同的电磁Mie多极共振的激发和干涉来完全控制光的波前、偏振、强度或光谱内容。近年来，随着纳米材料和纳米技术的广泛应用，高质量的功能光学超颖表面的研究领域出现了一股热潮，这种超颖表面可以替代甚至超越传统的超薄光学元件。超颖表面技术取代传统的光学滤波元件具有集成成本低、结构超薄紧凑、易于多功能组合和对材料限制少等显著优点。在这里，我们提出并实验证明了一个平面窄带通滤波器的基础上组成的硅纳米谐振器阵列的光学介质元表面。通过将相邻的电偶极共振和磁偶极共振相结合，实现了宽带透射谱谷（约200 nm）。同时，我们通过激发高质量的漏模来获得窄带透射峰，该漏模是由超颖表面中的集体纵向磁偶极共振产生的连续谱中的束缚态部分断裂而形成的。我们提出的基于超颖表面的滤波器对于小角度（10度以内）的斜光入射表现出稳定的性能。我们的工作暗示了纳米光子器件在显示、光谱等方面的潜在应用。
2021-01-05 physics.optics
Metasurface-controlled holographic microcavities
本文实验展示了一种可见光波长、基于超构表面的全息微腔，通过微米尺度超构表面满足复杂强度轮廓设计模式的往返条件，选择性增强耦合光并实现0.8 nm光谱带宽，突破了现有微腔空间模式数量受限及成像腔需外部预成形输入的局限。
2024-02-16 physics.optics
