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拟转化成果 | 微纳光子器件:赋能裸眼3D显示
来源:中国光学《液晶与显示》(ESCI、Scopus收录,中文核心期刊)2022 年第 5 期 | 作者:4SHQ | 发布时间: 143天前 | 494 次浏览 | 分享到:

百余年来,人类一直追求 3D 显示梦想。3D 显示将极大拓展人类获取信息和处理信息的能力,重新定义人与自然的连接方式,支撑国防、健康、文化、教育等领域发展。3D 显示的本质是光场的重构。简单的周期性透镜结构或光阑结构难以实现精确的多视角光场调控。随着微纳光子学的快速发展,复杂微纳结构具有独特的光场调控特性,为 3D 显示提供了颠覆性的新机遇。


近日,苏州大学光电科学与工程学院 陈林森 研究员、乔文 教授团队以“基于微纳光子器件的光场裸眼 3D 显示技术”为题在《液晶与显示》(ESCI、Scopus收录、中文核心期刊)2022 年第 5 期发表文章。


文章具体分析了基于几何光学的裸眼3D 显示局限性,从器件设计和微纳制备两方面详细介绍了基于平面光学的裸眼 3D 显示最新研究进展。最后总结了裸眼 3D 显示的未来发展方向和潜在应用领域。


  1. 背景  

裸眼 3D 显示技术不需要任何辅助设备就可观察到物体深度信息。目前裸眼 3D 显示技术有许多种,可分为基于几何光学和基于微纳光学的 3D 显示。基于几何光学的 3D 显示主要有视差屏障、柱透镜阵列、微透镜阵列、时空复用等等。基于微纳光学的 3D 显示是通过微纳结构调制单个像素的出光方向和发散角,利用带有方向的光束重构空间三维物体。


光场”这一概念于 1936 年被首次提出,定义为在均匀介质中光的辐射能分布,对于空间中包含颜色信息的光场,我们用七维度的全光函数(x,y,z,θ,φ,λ,t)表示,(x,y,z)表示空间位置,θ,φ表示空间角度,λ,t 分别表示波长和时间。全光函数表达了在任意时刻从空间任意点覆盖任意波长范围的可见光锥,描述了所有可能场景的环境映射关系。


传统显示屏不携带角度信息。只能呈现光场中(x,y)两个维度随时间 t 变化的平面图像信息,通过平面图获得仿射(近大远小)、遮挡、阴影、纹理等深度信息,而 3D 显示能重建七维的光场,可以提供单眼调焦、辐辏调节、双目视差和移动视差等生理感知的深度信息。


将全光函数进行简化,不考虑光的颜色(即波长),在某一个特定的时刻,光波可以用一个四维的光场模型 L(u,v,s,t)来表示。四维光场函数的参数组合并不是唯一的,不同参数组合其对应的光场模型也各不相同。在研究逐像素调控的裸眼 3D 显示时,将全光函数简化为另一种四维光场函数(x,y,θ,φ