圣安德鲁斯大学研究取得突破为全息技术发展奠定关键基础

    圣安德鲁斯大学开展的相关研究，为全息技术的进一步发展铺平了道路，该技术有望对智能设备、通信、游戏及娱乐等多个领域产生变革性影响。据悉，该校物理与天文学学院的研究人员成功研发出一种新型光电子设备，该设备创新性地将全息超表面（Holographic Metasurfaces, HMs）与有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diodes, OLEDs）相结合。

    在此之前，全息图的制作一直依赖激光技术。而圣安德鲁斯大学的研究团队发现，采用    OLEDs与HMs相结合的方式，能够为全息图制作提供一种更简便、结构更紧凑的方法。不仅如此，该方法还可能具备成本更低、应用难度更小的优势，有效克服了长期以来制约全息技术实现更广泛应用的主要障碍。

    OLEDs作为一种薄膜设备，目前已被广泛应用于手机显示屏的制造，其核心功能是生成彩色像素，在电视等显示设备领域也有应用。除传统显示领域外，凭借其扁平化且可实现表面发光的特性，OLEDs在光学无线通信、生物光子学、传感等新兴应用领域也展现出良好的应用潜力。尤为重要的是，OLEDs具备与其他技术高度集成的能力，这一特性使其成为构建微型化光基平台的理想候选技术之一。

    全息超表面（HMs）是一种薄型平面阵列结构，由被称为“元原子”的微小结构单元组成，其核心设计目标是实现对光的特性的精准操控。依托这一特性，全息超表面可用于制作全息图，且应用场景覆盖多个领域，包括数据存储、防伪标识、光学显示、高数值孔径镜头（如应用于光学显微镜领域）以及传感技术等。

    值得关注的是，此次圣安德鲁斯大学研究团队将OLEDs与HMs相结合，用于制造全息显示的基础构建模块，在该领域尚属首次尝试。

    研究人员通过实验发现，当对全息超表面中的每个“元原子”进行精密设计，使其能够对穿过其中的光束特性进行调控时，每个“元原子”可具备类似全息超表面像素的功能。当光束穿过全息超表面时，在每一个“像素”（即元原子）位置，光束的特性都会发生细微改变。

    正是基于这些细微的特性改变，研究团队得以利用光的干涉原理，在全息超表面的另一侧构建出预设的图像。其原理在于，当经过特性调控的光波相互作用时，能够形成复杂的干涉图案，进而呈现出预期的图像效果。

    圣安德鲁斯大学物理与天文学学院纳米光子学教授安德烈亚·迪·法尔科（Andrea Di Falco）表示：“全息超表面是当前可实现光特性操控的最通用材料平台之一。通过本次研究工作，我们成功消除了阻碍人工材料在日常应用场景中实现规模化应用的技术障碍之一。这一突破性成果，将推动全息显示架构在虚拟现实、增强现实等新兴应用领域发生根本性变革。”

    该校物理与天文学学院的格雷厄姆·特恩布尔（Graham Turnbull）教授补充道：“传统OLED显示屏通常需要集成数千个像素，才能呈现出一幅简单的图像。而我们研发的这种新方法，能够实现从单个OLED像素投影出完整图像的突破。”

    在此次研究取得突破之前，研究人员利用OLEDs仅能制作出结构非常简单的图形，这一局限在很大程度上限制了OLEDs在部分高精度应用场景中的可用性。而此次将OLEDs与HMs相结合的技术突破，为开发微型化、高度集成化的超表面显示技术提供了切实可行的技术路径。