新光子器件，可实现更轻便AR/VR 3D全息显示器

发布时间：2023-05-09 12:58:45 所属栏目：外闻来源：

导读：哥伦比亚大学的研究人员开发了一种新型集成光子器件：可以将最初限制在光波导中的光转换为自由空间中的任意光学图案的漏波超表面。据介绍，所述器件是第一个同时控制所有四个光学自由度的设备，即振幅、相位、偏振椭

哥伦比亚大学的研究人员开发了一种新型集成光子器件：可以将最初限制在光波导中的光转换为自由空间中的任意光学图案的漏波超表面。据介绍，所述器件是第一个同时控制所有四个光学自由度的设备，即振幅、相位、偏振椭圆度和偏振方向。

实验结果表示，漏波全息图可以同时位移四个不同的图像：两个在器件平面（处于两个正交偏振态），另两个在自由空间的一定距离（处于两个垂直偏振态）。该功能可以用于制造一种更轻、更舒服的增强现实头显、以及一种更生动的全息3D显示装置。

研究人员指出：“我们非常高兴能找到一种桥接自由空间光学和集成光子学的解决方案。这两个平台传统上是由来自不同光学领域的研究人员进行研究，并产生满足完全不同需求的商业产品。然而，我们的研究指明了创建混合系统的两全其美方法，包括用于塑造光波前的自由空间光学和用于光学数据处理的集成光子学，它还可以用来解决量子光学、传感器网络、芯片间的通信和全息显示等一系列新的发展应用。”

光子集成和自由空间光学接口的关键挑战是将限制在波导内的简单波导模式转换为具有复杂波长的宽自由空间波，反之亦然。他们对这种方法的研究是从以前的研究出发,然后把仪器的职能从控制自由空间光波扩展到了控制导波。

具体来说，他们通过使用波导锥将输入波导模式扩展为平板波导模式。研究人员解释道：“我们意识到，平板波导模式可以分解成两个正交的驻波，而这两个驻波让人想起拔弦产生的驻波。所以，我们设计了一个由两组相互偏移亚波长的矩形孔径组成的‘漏波超表面’，以独立控制这两个驻波。”

团队通过实验证明了多个漏波超表面可以将沿着横截面为一个波长量级的波导传播的波导模式转换为自由空间发射。研究结果包括：

漏波光学晶格发生器可以产生数百个焦斑，并在自由空间中形成戈姆晶格图案。通常，漏波超表面可以产生复杂的非周期和三维光学晶格来捕获原子和分子。这一能力将允许研究人员研究奇异的量子光学现象或进行其他平台不容易实现的量子模拟，并帮助他们能够大幅降低基于原子阵列的量子器件的复杂性、体积和成本。例如，漏波超表面可以直接集成到真空室中，以简化光学系统，从而使原子钟等便携式量子光学应用成为可能。

漏波涡流光束发生器，其能够产生具有螺旋形波前的光束。这可以带来使用具有成形波前的光波进行高容量的相互通信。

团队目前的演示是基于近红外波长的简单聚合物氮化硅材料平台。所以，他们计划下一步展示基于更稳健的氮化硅平台的设备。同时他们还打算展示具有更高输出效率和可以在可见波段下工作的设计,并且这些设计将更适用于量子光学和全息显示等应用。

（编辑：汽车网）

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