[發明專利]一種實現三維顯示的疊層超表面及其設計方法

有效

• 申請號: 202010040125.2
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111158076B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 李子樂;鄭國興;李仲陽;鄧聯貴;鄧娟;戴琦;付嬈
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G02B5/30
• 分類號: G02B5/30;G02B27/00;G02B30/25;G02B30/34
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡琦旖

本發明屬于微納光學及三維顯示技術領域，公開了一種實現三維顯示的疊層超表面及其設計方法，疊層超表面包括基底層、第一納米磚陣列層、隔離層、第二納米磚陣列層；基底層劃分為多個尺寸一致的單元結構，每個單元結構的工作面上設有一個第一納米磚，一個第二納米磚與一個第一納米磚對應設置，隔離層用于將第一納米磚和第二納米磚隔離開；圓偏振光入射至基底層，并依次通過第一納米磚陣列層、隔離層、第二納米磚陣列層后出射，生成第一目標全息圖像和第二目標全息圖像。本發明能夠同時顯示出人眼的左視圖和右視圖，利用視差效應觀察到三維立體顯示效果。

技術領域

本發明涉及微納光學及三維顯示技術領域，尤其涉及一種實現三維顯示的疊層超表面及其設計方法。

背景技術

傳統顯示技術中所展現的均為平面圖像，其無法提供和真實物體三維特性一致的信息，沉浸式體驗不足。基于此，三維顯示技術受到了越來越廣泛的重視。

三維顯示主要分為空間顯示和平面顯示兩類。空間三維顯示技術難度大、成本高、技術復雜、應用局限性較大。平面三維顯示技術近年來得到了大力發展，其通常為圖像對立體顯示技術。盡管分類繁多，不過最基本的原理卻是相似的，利用人的左右眼分別接收不同畫面，然后大腦經過對圖像信息進行疊加重生、構成一個具有前后、上下、左右、遠近等立體方向效果的影像。近年來，隨著超表面的提出，各種顯示技術有望朝著小型化、微型化發展。

發明內容

本發明的目的在于提供一種實現三維顯示的疊層超表面及其設計方法，以同時顯示出人眼的左視圖和右視圖，利用視差效應即可觀察到三維立體顯示效果。

本申請實施例提供一種實現三維顯示的疊層超表面，包括：基底層、第一納米磚陣列層、隔離層、第二納米磚陣列層；

所述基底層劃分為多個尺寸一致的單元結構，所述第一納米磚陣列層包括多個尺寸一致的第一納米磚，所述第二納米磚陣列層包括多個尺寸一致的第二納米磚，所述第二納米磚和所述第一納米磚的數量相同；每個所述單元結構的工作面上設有一個所述第一納米磚，一個所述第二納米磚與一個所述第一納米磚對應設置，所述隔離層用于將所述第一納米磚和所述第二納米磚隔離開；

圓偏振光入射至所述基底層，并依次通過所述第一納米磚陣列層、所述隔離層、所述第二納米磚陣列層后出射，生成第一目標全息圖像和第二目標全息圖像。

優選的，所述單元結構的工作面為正方形，所述第一納米磚、所述第二納米磚均為長方體形，所述單元結構、所述第一納米磚、所述第二納米磚均為亞波長級；以所述單元結構的兩直角邊為x軸和y軸；以所述第一納米磚的長邊為第一長軸，以所述第一納米磚的短邊為第一短軸；以所述第二納米磚的長邊為第二長軸，以所述第二納米磚的短邊為第二短軸。

優選的，所述隔離層位于所述基底層和所述第二納米磚陣列層之間，并包覆所述第一納米磚陣列層。

優選的，所述隔離層的厚度為入射的所述圓偏振光的半個波長。

優選的，所述基底層和所述隔離層均采用熔融石英玻璃材料制成，所述第一納米磚和所述第二納米磚均采用硅材料制成。

優選的，所述第一納米磚用于實現四分之一波片的功能，所述第二納米磚用于實現半波片的功能。

優選的，所述第一納米磚對入射的所述圓偏振光的作用表示為：

式中，θ1為所述第一納米磚的轉向角，所述第一納米磚的轉向角為所述第一長軸與x軸的夾角；

所述圓偏振光經過所述第一納米磚后得到第一透射光、第二透射光，所述第一透射光、所述第二透射光的能量相等；所述第一透射光的相位調制量為0，所述第二透射光的相位調制量為2θ1。

優選的，所述第二納米磚對入射的所述第一透射光、所述第二透射光的作用表示為：