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圣安德鲁斯大学成功开发新型光电子器件，有望将全息技术引入智能手机

发布时间：2025-09-01 16:44:30 阅读数： 595

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图1

全息技术因其能提供沉浸式三维视觉体验，在通信、娱乐、医疗等领域具有广阔前景。然而，传统全息技术依赖复杂的激光系统和笨重的光学设备，存在成本高、体积大、集成难等问题，严重限制了其在消费电子中的普及。有机发光二极管（OLED）具有轻薄、柔性发光特性，超表面能精准调控光场，二者结合为开发微型化、低成本全息显示提供了新思路。

英国圣安德鲁斯大学研究团队首次成功将有机发光二极管（OLED）与全息超表面集成，研制出新型光电子器件，实现了紧凑、低成本的全息显示单元。该方案利用OLED作为面光源，超表面精确调制光波前，无需传统激光系统即可生成高质量全息图。这一突破消除了全息技术微型化的关键障碍，为智能手机、AR/VR设备等消费电子集成全息功能铺平了道路。研究成果已发表于《光：科学与应用》。

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图2

核心实现方法：OLED-超表面集成与光场调控

1. 器件结构与集成：

采用OLED作为平面光源，其发光层厚度仅数百纳米，具备自发光的特性；

设计与OLED像素尺寸匹配的全息超表面，该超表面由亚微米尺度（～100 nm）的“超原子”结构阵列组成，每个超原子充当一个光场调制像素。

2. 光场调控机制：

光线从OLED发出后，直接入射至超表面；

每个超原子结构对光的相位、振幅等进行精密调控，通过光干涉原理在远场生成预设全息图像；

仅需单个OLED像素即可投射完整画面，突破传统显示需数千像素的限制。

3. 制备与优化：

通过纳米压印或电子束光刻制备超表面，确保结构与OLED发光区域对齐；

优化超原子形状与排列以提升衍射效率与图像质量。

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图3.概念示意图（左下角）展示了所提议的OLED照明全息图像投影系统，同时呈现了三幅在OLED照明下记录的全息图像，其空间相干性各不相同。OLED被放置在距超表面不同距离处（左上：3cm，右上：5cm，右下：6cm）

技术突破与优势

1.首例OLED-超表面全息集成系统
首次实现OLED与超表面的单片集成，摆脱传统激光光源和复杂空间光路，大幅降低系统复杂度与体积。

2.真正微型化与低成本路径
超表面厚度仅为百纳米级，OLED为成熟薄膜技术，二者兼容半导体工艺，具备量产潜力，成本远低于传统全息方案。

3.突破像素限制，提升系统效率
单个OLED像素即可通过超表面生成完整图像，突破传统显示屏“多像素一图像”的限制，显著提升光能利用率和系统集成度。

4.开辟消费电子应用新场景
为智能手机、AR眼镜、可穿戴设备等提供高集成度全息显示解决方案，推动全息技术走向日常应用。

图4.超表面的设计与表征。a 元原子设计参数：p＝300nm，ta＝700nm，tc＝180nm。b 元原子半径与相位调制的关系曲线。方框标注实际实现中选用的离散相位值。c 目标图像。d 重建的全息图像。e 设计相位分布。f 采用485、532和660nm相干光测得的全息图像。由于投影至屏幕，这些图像相对于设计呈现镜像效果。

性能表征

超表面单元尺寸：超原子结构特征尺寸约100 nm（头发丝宽度的千分之一）；

系统集成度：实现OLED与超表面单片集成，整体厚度可达微米级；

图像生成能力：单OLED像素即可投射完整全息图像，无需多像素阵列；

工艺兼容性：超表面制备与OLED技术均兼容现有半导体工艺，支持晶圆级加工。

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