武汉大学：主动操控微纳光学动态显示方向取得新进展

　　近日，国际权威期刊Advanced Functional Materials（《先进功能材料》，IF=18.8）在线发表电子信息学院李仲阳教授课题组（Nanophotonics& Emerging Application Laboratory, NEAL）在主动操控微纳光学动态显示方向的两篇最新研究成果，研究工作围绕纳米光子学研究的关键方向“主动调控性能”展开。

　　论文一题为“Real-Time TunableNanoprinting-Multiplexing with Simultaneous Meta-Holography Displays by Stepwise Nanocavities”（《基于阶梯式纳米腔可实时调控的纳米印刷复用及同步全息显示》）。武汉大学电子信息学院2020级硕士生王泽静、2019级硕博连读生代尘杰和杭州电子科技大学张鉴副研究员为论文的共同第一作者，通讯作者为杭州电子科技大学张雪峰教授和武汉大学电子信息学院李仲阳教授。

　　研究基于纳米腔对光参量的操控及解耦能力，实现了多波长通道的高光谱纳米印刷显示，以及远场全息显示的复用功能。更有趣的是，该研究独特地利用水凝胶纳米腔的吸水膨胀/失水收缩的特性，通过加湿/干燥手段或者直接用嘴吹气的方式，可实现控制近场纳米印刷颜色或显示的实时动态切换。

图1 基于阶梯式纳米腔可实时调控的纳米印刷复用及同步全息显示

　　如图1所示，该研究利用基于法布里帕罗纳米腔实现对光参量中光谱和相移的双重调制，从而通过精准设计阶梯式纳米腔阵列实现多波长的高光谱近场图像及远场全息显示的复用功能。由于将具有湿度或水分敏感性的聚合物（具有加湿膨胀/干燥收缩特性的水凝胶）作为中间层，从而实现控制环境湿度来改变纳米腔的光学腔长，由此实现了可独立编码的近场显示在加湿和干燥两种条件下进行整体大面积的动态切换。这种创新的复用和动态调控方法在光信息复用/存储、图像加密与显示、湿度检测与生物传感等领域具有科学价值和潜在应用。

　　论文二题为“Electric-Driven Meta-Optic Dynamics for Simultaneous Near-/Far-field Multiplexing Display”（《基于电驱动操控的超光学动态显示实现近远场同步复用》）。论文第一作者为武汉大学电子信息学院2019级博士生万成伟，通讯作者为李仲阳。研究将具有四重显示的超表面器件与通用性液晶相结合，并以此构造出在可见光范围内具有同步近远场显示能力的电驱动液晶集成超表面器件。

图2 基于电驱动操控的超光学动态显示实现近远场同步复用

　　如图2所示，研究团队设计了一种可电驱动的具有四重动态显示功能的液晶集成超表面，展现了超表面在现实中的可行性和应用前景。通过系统式地筛选硅纳米柱以构建几何参数与光学响应的映射关系，从而开发出单元结构的振幅/相位简并性，提供了任意多场加密功能的可能性。基于此，通过融合被动超表面设计与液晶集成器件，研究可在现实应用场景中实现电驱动的四重动态操控功能，包括实时调控具有独立偏振编码自由度的纳米印刷（近场）及同步全息（远场）的图像。这种易于实用的电驱动集成液晶超表面可用于智能动态显示与复用、光信息存储与安全加密等多个领域。

　　NEAL课题组近期在超表面光学器件领域取得了一系列研究成果，2021年度在中科院分区一区TOP权威期刊发表多篇高水平成果，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）等纳米科技与光学器件领域的权威杂志。NEAL团队未来将继续推进在微纳光学器件可大面积主动调控性及AR显示等实际应用方面的创新和研究。

　　论文链接：

　　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