由于全息術(shù)能夠記錄并再現(xiàn)出物體散射光的幅值和相位信息，目前已被廣泛應(yīng)用到各種高端顯示技術(shù)中。然而，現(xiàn)有的全息技術(shù)受原理限制、只能利用一半的成像空間，即在透射和反射空間中只能二選一，這將極大的限制全息信息的展示空間和應(yīng)用范圍。

最近，武漢大學(xué)鄭國興課題組提出了一種在SOS( Silicon on Sapphire)材料上實(shí)現(xiàn)的透反射全空間的全息顯示技術(shù)。當(dāng)圓偏振光入射到超表面上時(shí)，可以在透射空間和反射空間同時(shí)觀察到不同的全息圖像。并且當(dāng)入射光的波長發(fā)生一定范圍內(nèi)的變化時(shí)，顯示的全息圖像的仍然能保持較高的質(zhì)量。

這種基于SOS材料的微納結(jié)構(gòu)超表面由硅納米磚陣列及藍(lán)寶石基底組成。其中，納米磚陣列具有兩種不同的幾何尺寸，分別對應(yīng)于反射式和透射式工作模式。電磁仿真表明，反射式納米磚的內(nèi)部觀測到磁共振現(xiàn)象，進(jìn)而獲得了較高的反射率。而透射式納米磚由于內(nèi)部不存在磁共振現(xiàn)象，對入射光主要起透射作用。我們通過對這兩種納米磚的方向角進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對這兩種結(jié)構(gòu)的納米磚進(jìn)行隨機(jī)交叉排布以消除串?dāng)_，最終得到的超表面可以同時(shí)在透反射空間實(shí)現(xiàn)不同的全息圖像顯示。

實(shí)驗(yàn)裝置

作為實(shí)例，我們設(shè)計(jì)了一個(gè)大小為170μm×170μm的超表面樣片，反射空間的目標(biāo)圖像為“Wuhan University”英文字母，透射空間的目標(biāo)圖像為“Information”英文字母。我們給出了在不同波長和偏振態(tài)的入射光照射下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與所設(shè)計(jì)的圖像相符，驗(yàn)證了利用超表面實(shí)現(xiàn)透反射全空間全息顯示技術(shù)的可行性。

上述成果發(fā)表在近期的Optics Express上，并被遴選為“編輯精選”(Editor’s pick)。該工作得到國際自然科學(xué)基金（91950110, 11774273和11904267）等的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1364/OE.417202