苏州大学3d打印技术 首次实现同步微全息显示的实时可调纳米打印多路复用技术

尽管亚表面器件在光学显示和存储技术方面显示出巨大的潜力，但在实际制造纳米天线方面的挑战限制了它们的广泛应用。与此同时，平板光学，包括平面薄膜纳米空间，也被广泛研究，以实现各种光谱工程和成像功能，并且具有更大的面积和更简单的结构。然而，一个长期的实际挑战是实现实时动态切换的多路复用成像功能，这一点到目前为止还没有被探索。

来自武汉大学的学者利用水凝胶对湿度变化的典型膨胀敏感性，首次探索了一种基于金属-水凝胶-金属(MHM)纳米空间的多重成像调谐策略，并展示了动态可切换的红-绿-蓝多通道纳米打印。通过去耦合幅度/相位相关性，MHM纳米空间成功地实现了同时元全息的混合加密，除了多路复用纳米打印之外，还具有独立编码的自由度。这种采用动态调谐方案的成像方法为各种应用铺平了一条很有前途的道路，这些应用包括最先进的可调谐成像显示/存储/加密、湿度光学传感器和下一代动态增强现实技术。相关文章以“Real-Time Tunable Nano printing-Multiplexing with Simultaneous Meta-Holography Displays by Stepwise Nanocavities”标题发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202110022

图1.计算得到的MHM纳米腔的光谱和相位特性。a，b)计算的透射效率和相位作为波长和纳米腔厚度d的函数的2D轮廓。插入(a)中示出了平面Ag/PVA/Ag纳米腔的示意图；顶部和底部Ag层的厚度t=20 nm。c)550 nm波长处的透射效率与d的函数关系的曲线图。突出显示了d=128和312 nm时的两个透射峰。

图2.所选纳米腔像素的光学特性和多路复用成像的编码策略。a)所设计的超像素(节距=4µm)的图示包括四个子像素(子节距=1.5µm)；边界银层厚度t=20 nm。b)计算具有阶跃腔厚d=95、115和145 nm的MHM像素的透射效率。c)计算了d=0和180 nm时的反射相位和振幅。

d)复用成像编码流程图，用于加密RGB三通道纳米打印和同步元全息显示。

图3.多通道纳米印刷显示器的光学测量。a)样品的AFM图像；比例尺=6µm；b)用于捕获纳米印刷显示器的显微镜实验装置。c)对所设计的亚像素的透射谱进行了实验测量。B、G、R、K1和K0分别表示设计厚度d=95、115、145、180和0 nm的纳米腔像素。蓝色、绿色和红色区域表示用于成像捕获的相应照明波长。

图4.动态成像开关的工作原理及实时实验观察。a)通过从空气中吸收水蒸气来动态调节水凝胶(PVA)膨胀的示意图。b，c)在510 nm照度下，(b)干燥和(c)潮湿环境下纳米印刷图像的实验测量。d、e)在(d)干燥和(e)潮湿环境下(615 nm照度)纳米印刷图像的实验测量；(b-e)=30µm的标尺。

图5.同时远场元全息复用的理论和实验演示。a)由SAA为“WEATHER”字符生成的相位分布。b)用快速傅里叶变换(a)的相位分布计算全息像。c)同步元全息像测量实验装置示意图。d)在450-650 nm的照明波长范围内实验捕获全息图像。

综上所述，本文设计并开发了一种新的阶梯式MHM纳米腔制作方案，实现了简单、大面积的实时动态成像，提高了信息复用能力。使用空间多路复用方案，RGB三通道纳米打印对多重独立编码图像(雨天、闪电和晴天)进行加密。更有趣的是，通过利用PVA水凝胶作为纳米腔核心层，本文成功地通过纳米腔共振调制实现了可实时切换的通道间成像功能。此外，该设计通过与相位/幅度无关的调制在MHM结构中创建了一个新的自由度，以产生作为第四成像通道的同时宽带全息。总体而言，本文预计这种动态可调的多路复用成像方法在各种应用中具有重要的潜力，包括最先进的光学信息存储/加密/动力学、湿度光学传感器和下一代AR显示技术。（文：SSC）

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