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基于超表面的空间光调制器（SLM）可以增强增强现实（AR）、虚拟现实（VR）和激光雷达（LiAR）的性能。

发布时间：2026-03-03 16:35:36 阅读数： 314

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OA-MSLM 工作原理示意图。时变光寻址光束 O(x, y, λ, t) 在 t1、t2 和 t3 时刻照射超表面，该超表面承载着静态调制函数 M(x, y, λ)，从而依次激活不同的空间调制通道。因此，沿特定方向 (kx, ky) 的调制由寻址函数定义的可调谐信号决定，并有助于在远场中独立控制角度分量 A(kx, ky, λ, t)。作为代表性演示，该机制可在空间和时间域上实现动态多色全息显示。

从增强现实（AR）和虚拟现实（VR）到激光雷达（LiDAR）系统，许多尖端技术都依赖于能够精确控制光线的组件。这些组件包括所谓的空间光调制器（SLM），这种系统可以动态地调整光波在其周期内的位置（即相位），以及其在多个像素上的振幅或方向。

传统空间光调制器（SLM）依赖于液晶，液晶是一种介于固态和液态之间的物质状态。虽然这些组件应用广泛，但它们通常难以达到创建高质量三维（3D）图像（即全息图）所需的速度和像素密度。

华中科技大学及其他科研机构的研究人员近期开发出一种新型超表面，这是一种超薄纳米结构表面，可用于实时生成动态、高质量的全息图像，且图像清晰度极高。这项发表在《自然·纳米技术》杂志上的论文介绍了这种新型超表面，并利用其制造了一种空间光调制器（SLM），该调制器可用于提升增强现实（AR）、虚拟现实（VR）和激光雷达（LiDAR）技术的性能。

“全息显示、增强/虚拟现实以及光探测和测距中对动态波前调制的新兴需求，需要具有高像素密度和快速刷新率的空间光调制器（SLM）。”徐浩帆、熊伟及其同事在论文中写道。

“然而，现有基于液晶和超表面的空间光调制器（SLM）的关键参数，例如时空乘积密度、视场角和刷新率，仍然远低于应用要求。我们报道了一种由间距为756 nm的独立可调谐超原子超晶胞构成的光学寻址超表面SLM 。”

一种新型空间光调制器

范、熊及其同事开发的超表面由可控光的微型结构组成。这些结构组合成超晶胞，并可通过光而非电信号进行控制。

“该装置将SLM像素尺寸缩小到亚微米级，同时实现了2.3 × 10¹² 像素 s⁻¹ cm⁻² 的时空乘积密度，从而满足了真正全息术的关键阈值，”范、熊及其同事写道。“它能够在可见光谱范围内实现实时复振幅全息术、三维聚焦和±20.6°视场范围内的光束控制。”

为了评估这种超表面的潜力，研究人员利用它开发了一种空间光调制器（SLM），并用其生成全息图像。初步测试表明，该团队的装置性能显著优于传统的SLM，能够生成更清晰、更逼真的3D图像，而且尺寸比现有装置更小。

初步演示和未来应用

未来，范、熊及其同事开发的基于超表面的空间光调制器（SLM）有望与其他组件集成，从而开发出特定的光学和传感技术。例如，它可以用于开发新型虚拟现实（VR）或增强现实（AR）头显显示器，使用户能够更沉浸式地体验数字内容。

与此同时，该团队的装置可用于推进激光雷达（LiDAR）技术的发展。激光雷达是一种遥感系统，它利用快速激光脉冲来测量物体之间的距离，并创建详细的三维地图或物体模型。新型空间光调制器（SLM）取得的显著成果，或许很快就能启发其他纳米工程师设计和实现类似的超表面，从而更快、更精确地调节光的特性。