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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: 198天前 | 716 次浏览 | 分享到:

图5:信息密度渐变显示示意图

图源:Light:Science & Applications,2021,10(1):213. Fig.1(c)

图6:信息密度渐变显示效果图

图源:Light:Science & Applications,2021,10(1):213. Fig.5(a)


  3. 面向裸眼 3D 显示的微纳制造技术  

相位调控微纳结构与器件兼具幅面大(组合幅面达米级)、结构小(50nm-50μm)、精度高(周期排列精度<1nm)等特点,属于极端微纳制造范畴。如何高效高精度微纳制造是微纳光电子器件与产业的共性技术难题。


苏州大学陈林森研究员提出并搭建了四变量输出的纳米光场光刻系统,它由两个傅里叶变换透镜和一个二元光学元件组成。如下图所示,激光经过扩展系统准直后入射到傅里叶变换透镜。经衍射光栅后产生正负一级(或多级)光,两光点发射的球面波在第二个傅里叶透镜的后焦面形成干涉光场,用光阑来限制光束大小,再经聚焦物镜倍缩后,在样品表面形成干涉条纹。通过双光束(或多光束)干涉光刻方法,一次曝光,形成像素尺寸为几十微米的纳米光栅像素,写入速度大大提高。同时,改变衍射光栅的前后位置可以输出变周期的干涉条纹,旋转衍射光栅可以输出不同取向的干涉条纹。该方法可实现对输出结构的实时连续调制,纳米光栅的变化精度可达纳米级。

图7:纳米光栅光刻系统及制备的结构图

图源:Optics Express,2016,24(6):6203. Fig.3


为了制备具有复杂型貌的微纳结构,团队还提出了 3D 光刻技术。该系统主要包含激光器、空间光调制器(DMD)和微缩投影物镜。空间光调制器加载设计好的结构图形,结构图像的刷新速度与样品载物台的移动同步。聚焦物镜将空间光调制器上的结构图像缩小,投影至光刻胶上。若想要制备多台阶结构,可在样品同一区域进行多次曝光,根据台阶的级数每次曝光的图案也不同。该方法可实现无掩膜灰度光刻,连续加工面型结构,制备多台阶的微纳结构。

图8:灰度激光直写系统及制备的结构图

图源:IEEE Photonics Technology Letters,2020,32(5):283-6. Fig.3(a),Fig.4(d)


  4. 总结  

微纳光子器件为逐像素操控光束提供了可能性。与基于微透镜阵列的 3D 显示架构中区域化光场重构策略相比,逐像素光场重构具有以下优势: