“超表面+全息术”有了新进展，亮亮视野研究成果登上Nanomaterials 2021

（原标题：“超表面+全息术”有了新进展，亮亮视野研究成果登上Nanomaterials 2021）

针对AR/VR 视觉辐辏冲突引起的眩晕、光学系统庞大导致的佩戴舒适性低等共性问题,近期,亮亮视野与浙江大学光电学院共同成立的“第一视角计算光学+AI”联合实验室发表了题为《Metalens Eyepiece for 3D Holographic Near-Eye Display》的论文,阐释了一种将三维计算机全息术引入超表面器件的技术,有望让AR/VR设备真正摆脱“笨重” 、“头晕”的标签。

众所周知,为了解决色差的问题,传统的成像系统将多个不同厚度和材质的曲面透镜叠加在一起。再薄、再紧凑则会导致图像失真和不清晰,这也是为什么大功率显微镜和长焦镜头会由于透镜不可打破的物理规则,厂商们已经把镜头做的那么大的原因。但是,这种解决方案却是以增加系统复杂度和重量为代价的。

而超表面是能利用纳米结构聚光进而达到避免色差出现的平面,且能形成特定的重复模式模拟折射光线的复杂曲率,使其没有传统透镜笨重,并能在减少畸变的情况下改善聚焦光线的能力。因此,超表面被视为光学领域的一项革命性技术,有望彻底颠覆传统光学系统中繁琐的透镜组,使得手机、相机、监控摄像头等产品都变得更小、更薄、更轻。

在全球光学机构的努力下,如今的超表面的厚度能够做到比普通镜片薄10万倍,并且拥有易生产、成本低等优势。

但是,超表面仍然存在着缺陷,那就是层间串扰问题,使得成像质量难以控制,这就需要引入全息术来解决光波的调控能力,但这又有新的难点诞生,即图像计算量增大、计算速度受到制约,再加上不同深度的图像不随全息图平铺的位置而变化,最终导致三维图像被割裂等问题。

本次研究设计了一种结合了5毫米直径的超构透镜和基于菲涅耳衍射的三维CGH的MCGH-NED系统,让不同深度的图像重建时,图像中心保持一致,同时利用全息图中不同层间不重叠的特点,消除了层间串扰问题,提升了三维全息成像质量。本次研究成果是业界首次在同一近眼显示系统中解决了光学结构体积偏大和视觉辐辏冲突这两核心问题,也是亮亮视野在北京市科委超表面研发课题上获得的又一突破性成果,这为后续AR/VR设备广泛应用提供了有效技术支撑。

目前,本篇论文已被Nanomaterials 2021收录。