Author Affiliations
Abstract
1 Shandong Inspur Artificial Intelligence Research Institute Company Limited, Jinan 250013, China
2 MIIT Key Laboratory of Photonics Information Technology, School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
Active metasurfaces have recently attracted more attention since they can make the light manipulation be versatile and real-time. Metasurfaces-based holography possesses the advantages of high spatial resolution and enormous information capacity for applications in optical displays and encryption. In this work, a tunable polarization multiplexing holographic metasurface controlled by an external magnetic field is proposed. The elaborately designed nanoantennas are arranged on the magneto-optical intermediate layer, which is placed on the metallic reflecting layer. Since the non-diagonal elements of the dielectric tensor of the magneto-optical material become non-zero values once the external magnetic field is applied, the differential absorption for the left and right circularly polarized light can be generated. Meanwhile, the amplitude and phase can be flexibly modulated by changing the sizes of the nanoantennas. Based on this, the dynamic multichannel holographic display of metasurface in the linear and circular polarization channels is realized via magnetic control, and it can provide enhanced security for optical information storage. This work paves the way for the realization of magnetically controllable phase modulation, which is promising in dynamic wavefront control and optical information encryption.
active metasurface magneto-optical effect polarization multiplexing holography dynamic holographic display 
Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 043601
李昕 1,2,3,*徐正琨 1杨静育 1王涌天 1,**黄玲玲 1,***
作者单位
摘要
1 北京理工大学光电学院北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心,北京 100081
2 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室,北京 100081
3 北京理工大学光电学院信息光子技术工信部重点实验室,北京 100081
相位是光场信息的重要组成部分。在光学显微成像领域,大部分生物细胞对光的吸收较弱,传统的亮场显微无法准确地表征细胞的结构特征,因此相位成像成为非标记细胞观测的重要方法。经典的相衬显微镜基于干涉成像原理,通常需要大块的折射棱镜或者复杂的成像系统,因而系统臃肿,易受环境扰动。超表面是一种特征尺寸在纳米或微米量级的光学元件,具有强大的光场调控能力,超表面集成在显微系统中可以实现方向无关、单摄式的定量相位成像,具有小型、轻便、易集成等优点。本综述回顾经典的相位成像技术原理,详细介绍基于剪切干涉、相位衬比和强度传输方程等3类超表面的相位成像技术原理,比较不同技术的优缺点和适用场景,指出超表面在相位成像领域面临的挑战,并对未来发展趋势进行展望。
相位成像 超表面 剪切干涉 涡旋相衬 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211019
陈彦杰 1,2,3徐正琨 1,2,3赵睿哲 1,2,3李晓炜 4[ ... ]黄玲玲 1,2,3,*
作者单位
摘要
1 北京理工大学光电学院北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心,北京 100081
2 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室,北京 100081
3 北京理工大学光电学院信息光子技术工信部重点实验室,北京 100081
4 北京理工大学机械与车辆学院激光微纳制造实验室,北京 100081
超表面的设计与制造极大地推动了在片上紧凑光学系统中实现光场调控的应用。传统光学系统中的光学透镜、空间光调制器以及偏振光学元件虽具备光场调控的功能,但体积庞大、光场调控功能单一等因素限制了其应用。超表面为光场调控提供了新平台,有望解决传统光学元件和系统向微型化、集成化和多功能化发展的瓶颈。主要围绕超表面的多维度全息混合复用、二维/三维光场变换、矢量光场的产生与操控三方面进行介绍。最后,对超表面的未来发展趋势进行了展望。
超表面 多维度光场调控 全息成像 光束整形 
光学学报
2024, 44(2): 0200005
作者单位
摘要
北京理工大学 光电学院 光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
共形超表面可以打破几何形状与光学功能之间的限制, 可以显著改善任意曲面物体的光学特性,进而将超表面功能拓展到具有任意形状的组件中。当前尚未报道将偏振复用技术运用到共形超表面从而实现多偏振通道的多功能设计。文章设计了一种曲面基底的偏振复用超表面, 基于传输相位调制原理设计了共形超表面的单元结构, 使得超表面对不同偏振状态的入射光实现不同的相位调制,例如实现曲面全息和光学隐身等功能。这种共形超表面设计灵活性强,可以嵌入到各种非平面系统实现多功能,在**安全、可穿戴电子设备等领域具有广泛应用前景。
共形超表面 偏振复用 conformal metasurfaces polarization multiplexing 
光学技术
2023, 49(5): 522
作者单位
摘要
北京理工大学 光电学院 光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
超透镜作为一种可在亚波长尺度灵活调控光场的人工微结构, 近年来在光学成像领域受到了广泛关注。在超透镜成像系统设计中, 通常只根据焦距和工作波长设计超透镜, 而不考虑成像过程, 这往往导致整个系统成像质量不佳。为提升成像质量, 文章通过将超透镜参数设计和图像恢复算法两个过程同时纳入成像系统的设计过程, 提出了一种联合优化方法来实现基于超透镜的高分辨率成像。方法不仅对超透镜参数进行了相应的优化以获得比较理想的点扩散函数, 还实现了2倍于输入图片分辨率的高质量图像重建。
超透镜 点扩散函数 图像处理 成像 metalens point diffusion function image processing imaging 
光学技术
2023, 49(4): 385
作者单位
摘要
中国激光
2023, 50(18): 1800101
李昕 1,2,3张时飞 1张晓彤 1杨静育 1[ ... ]王涌天 1,**
作者单位
摘要
1 北京理工大学光电学院北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心,北京 100081
2 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室,北京 100081
3 北京理工大学光电学院信息光子技术工信部重点实验室,北京 100081
超表面器件的亚波长单元结构能够与光产生强烈的相互作用。通过对超原子的优化设计,能够对光场的各个参量进行多维度调控,为包括全息显示在内的众多应用光学领域带来全新的解决思路与方案。针对全息显示中核心光电调制器件能力有限的问题,发挥超表面器件超强的光场控制能力,利用多维度的复用调控,实现对信息通道数量的扩展,提升显示质量与效果。随着对超表面光场调控机制与复用技术的深入研究,超表面自身与相关应用领域都得到了长足发展。本文围绕超表面进行论述,着重介绍本课题组在多维度超表面的光场调控及全息显示中的研究进展。
超表面 光场调控 多维度 全息显示 
光学学报
2023, 43(15): 1524001
作者单位
摘要
北京理工大学光电学院,北京 100081
三维成像技术具有强大的精细化空间数据描述能力,在消费电子、自动驾驶、机器视觉和虚拟现实等领域已成为最关键的传感技术之一。现有的三维成像技术受到传统折射元件和衍射元件的物理机制限制,难以满足设备小型化、集成化、多功能、大视场、大数值孔径、高分辨等性能要求。超构表面作为由亚波长纳米天线阵列构成的智能表面,能够实现对光场的振幅、相位、偏振等参量的人为调控,具有体积小、高空间带宽积、高效率、多功能、大视场等优势,有望成为新一代光学元件服务于三维成像技术。本文综述了基于超构表面的三维成像技术进展,在超构表面的物理机制和应用优势的分析基础上,详细介绍了超构表面在三维成像技术例如结构光技术、飞行时间法、光场成像和点扩散函数工程中的应用和表现,总结和展望了基于超构表面的三维成像技术面临的挑战和未来发展方向。
超构表面 三维成像 光场调控 小型化 
激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811003
作者单位
摘要
北京理工大学光电学院,北京 100081
增强现实显示器件作为一种可穿戴式的智能设备,通过将虚拟信息叠加在真实视野上,两种信息相互补充叠加,显著增强对真实世界的体验,对器件体积和质量的要求非常严格。微纳光学元件是指厚度及特征尺寸在纳米或微米量级的光学元件,在拥有强大的光场调控能力的前提下为缩减系统的尺寸和体积提供了新的途径。首先回顾几类典型微纳光学元件的原理和调控方式,随后讨论微纳光学元件在增强现实器件的技术路径和应用,并展望未来的发展。
微纳光学 增强现实 亚波长光栅 超表面 
激光与光电子学进展
2022, 59(20): 2011003
作者单位
摘要
北京理工大学 光电学院,北京 海淀100081
多功能高集成化全光纤器件促进了纤上实验室技术(Lab on fiber)的发展。制造阶段的快速进步为多功能即插即用光纤平台开辟了新的途径,研究人员致力于探索和优化纤上实验室器件制备技术以展示纤上实验室元件在许多应用场景中的潜力。回顾了纤上实验室传感技术的分类并对纤端微纳结构的制备工艺进行了总结,包括物理和化学加工方法,随后讨论了基于纤端超表面的纤上实验室器件制备技术的研究进展以及技术发展过程中存在的难点和要点,阐明了构建多功能高集成度多应用场景的纤上实验室传感器件的策略。纤上实验室技术已经取得了显著的成果,这表明多功能高集成化全光纤器件未来能够在物理和生化参数监测、微粒捕获及光场调控等众多场景中发挥核心作用。
光纤传感 超表面 纤上实验室技术 纳米制造 fiber-optic sensing metasurface lab on fiber nano fabrication 
光学 精密工程
2022, 30(15): 1802

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