武漢大學：主動操控微納光學動態顯示方向取得新進展

　　近日，國際權威期刊Advanced Functional Materials（《先進功能材料》，IF=18.8）在線發表電子信息學院李仲陽教授課題組（Nanophotonics& Emerging Application Laboratory, NEAL）在主動操控微納光學動態顯示方向的兩篇最新研究成果，研究工作圍繞納米光子學研究的關鍵方向“主動調控性能”展開。

　　論文一題為“Real-Time TunableNanoprinting-Multiplexing with Simultaneous Meta-Holography Displays by Stepwise Nanocavities”（《基于階梯式納米腔可實時調控的納米印刷復用及同步全息顯示》）。武漢大學電子信息學院2020級碩士生王澤靜、2019級碩博連讀生代塵杰和杭州電子科技大學張鑒副研究員為論文的共同第一作者，通訊作者為杭州電子科技大學張雪峰教授和武漢大學電子信息學院李仲陽教授。

　　研究基于納米腔對光參量的操控及解耦能力，實現了多波長通道的高光譜納米印刷顯示，以及遠場全息顯示的復用功能。更有趣的是，該研究獨特地利用水凝膠納米腔的吸水膨脹/失水收縮的特性，通過加濕/干燥手段或者直接用嘴吹氣的方式，可實現控制近場納米印刷顏色或顯示的實時動態切換。

圖1 基于階梯式納米腔可實時調控的納米印刷復用及同步全息顯示

　　如圖1所示，該研究利用基于法布里帕羅納米腔實現對光參量中光譜和相移的雙重調制，從而通過精準設計階梯式納米腔陣列實現多波長的高光譜近場圖像及遠場全息顯示的復用功能。由于將具有濕度或水分敏感性的聚合物（具有加濕膨脹/干燥收縮特性的水凝膠）作為中間層，從而實現控制環境濕度來改變納米腔的光學腔長，由此實現了可獨立編碼的近場顯示在加濕和干燥兩種條件下進行整體大面積的動態切換。這種創新的復用和動態調控方法在光信息復用/存儲、圖像加密與顯示、濕度檢測與生物傳感等領域具有科學價值和潛在應用。

　　論文二題為“Electric-Driven Meta-Optic Dynamics for Simultaneous Near-/Far-field Multiplexing Display”（《基于電驅動操控的超光學動態顯示實現近遠場同步復用》）。論文第一作者為武漢大學電子信息學院2019級博士生萬成偉，通訊作者為李仲陽。研究將具有四重顯示的超表面器件與通用性液晶相結合，并以此構造出在可見光范圍內具有同步近遠場顯示能力的電驅動液晶集成超表面器件。

圖2 基于電驅動操控的超光學動態顯示實現近遠場同步復用

　　如圖2所示，研究團隊設計了一種可電驅動的具有四重動態顯示功能的液晶集成超表面，展現了超表面在現實中的可行性和應用前景。通過系統式地篩選硅納米柱以構建幾何參數與光學響應的映射關系，從而開發出單元結構的振幅/相位簡并性，提供了任意多場加密功能的可能性。基于此，通過融合被動超表面設計與液晶集成器件，研究可在現實應用場景中實現電驅動的四重動態操控功能，包括實時調控具有獨立偏振編碼自由度的納米印刷（近場）及同步全息（遠場）的圖像。這種易于實用的電驅動集成液晶超表面可用于智能動態顯示與復用、光信息存儲與安全加密等多個領域。

　　NEAL課題組近期在超表面光學器件領域取得了一系列研究成果，2021年度在中科院分區一區TOP權威期刊發表多篇高水平成果，包括Advanced Functional Materials（IF=18.8）、Small（IF=13.3）、Advanced Optical Materials（IF=9.9）、ACS Applied Materials & Interfaces（IF=9.2）等納米科技與光學器件領域的權威雜志。NEAL團隊未來將繼續推進在微納光學器件可大面積主動調控性及AR顯示等實際應用方面的創新和研究。

　　論文鏈接：

　　I)Real-Time Tunable Nanoprinting-Multiplexing with Simultaneous Meta-Holography Displays by Stepwise Nanocavities

　　(II)Electric-Driven Meta-Optic Dynamics for Simultaneous Near-/Far-Field Multiplexing Display