【超表面全息成像与复用发展概述1200字】

超表面全息成像与复用发展概述通过改变材料局部折射率可以在多层纳米结构中实现对位相信息的编码，进而实现相位全息术。然而正如前文所述，这种三维结构的超材料在实际应用中不仅需要复杂耗时的纳米工艺制作，而且损耗较大，这在真正的应用中是极具困难的[6]。而超表面的优良性能则能有效的的克服上述缺陷，于是利用超表面的相位全息技术的迅速发展也就在情理之中了。如在2013年，张霜课题组和Shalaev团队分别用几何相位型超表面（如图1.3(a)所示）和共振型超表面（如图1.3(b)所示）在宽视场成功实现了三维全息成像[30-31]（以电磁相位产生的机理来看可分为这两类）。此后人们进一步研究了效率更高、显示更强的彩色全息成像。蔡定平课题组在2015年通过将全息图的单个像素区域一分为四，得到了蓝绿红的三色全息成像[32]。随后张霜等人和澳大利亚的Kivshar课题组分别采用反射式和透射式的全息成像方案向我们展示了超高成像效率的全息[33-34]。2016年Zang等[35]通过对相位和振幅的最佳控制来塑造光的波前，实现了字母的全息再现，如图1.3(c)所示。Wang等人[36]又设计了一种由亚波长金属天线组成的波长解复用超表面全息图，并在太赫兹(THz)频段进行了实验验证(图1.3(d))。2018年Deng等人[37]向我们提出了一种基于双原子超表面的矢量全息新概念，得到了具有空间变化偏振态和双向偏振切换功能的宽带矢量全息图像，这为消色差衍射元件提供了一条新途径。从大量的研究中我们可以看到人们对超表面全息成像的研究十分感兴趣，微纳超表面结构适应于当前器件微小化的发展趋势，前景广阔。图1.3不同超表面全息成像：(a)几何相位型超表面[30]；(b)共振型超表面全息成像[31]；(c)复振幅全息超表面[35]；(d)波长解复用超表面全息图[36]为了增加光信息的容量，人们对于超表面的全息复用也进行了大量的研究。蔡定平和张霜这两个课题组通过设计合适的超表面分别对应与不同的偏振光，分别实现了利用线偏振光和圆偏振光入射的二阶全息复用[38-39]。利用这种光的偏振性人们也实现了各种各样的偏振复用效果，如图1.4(a)和(b)所示，研究人员利用相互垂直的微结构分别实现了不同光束与不同图像的两重正交态复用全息[40-41]。以上所述的方案因为他们使用的入射光偏振方向是正交的，故其对应呈现的图案之间也是正交的状态，那么复用全息的成像质量是很高的。但我们知道用于正交偏振复用的图像数量极其有限(正交偏振态只有两种)。为了解决这一问题，有人提出了利用成像在不同的方位角或是不同距离进而达到复用全息[42-43]，这样复用的数量就能变得更多，如图1.4(c)和(d)所示。然而这些像之间就会存在串扰，因为这些角度、距离之间并非处于正交状态，故全息成像的质量会受到较大的影响[1]。图1.4利用超表面的复用全息：(a)利用光的偏振性实现不同光束复用全息[40]；(b)不同人像的复用全息[41]；(c)成像角度不同的多重全息显示[42]；(d)不同成像距离的非正交态全息[43]因此研究人员需要探讨如何能够产生多个复用的相互正交态，利用光的轨道角动量(OAM