Adv. Funct. Mater. | 基于码分复用的动态超表面全息

      近日，北京理工大学光电学院王涌天教授团队的黄玲玲教授、李昕副研究员等人，与香港大学张霜教授、中科院物理所李俊杰研究员团队展开合作，提出了一种码分复用启发的动态超表面全息。以不同的编码光与目标共同编码在一个超表面全息元件上，结合超表面的偏振调控，实现了多通道图像记录与重建。该项研究成果以Code division multiplexing inspired dynamic metasurface holography为题，发表在国际著名期刊Advanced Functional Materials上。

      与传统折反射和衍射光学元件的光程积累实现特定功能不同，超表面能够通过人工设计亚波长结构的电磁响应，对入射光波的振幅、相位、偏振、角动量等光学参量进行调控，应用潜力巨大。结合全息术对波前的记录与重建，超表面全息的波前调控更加灵活，为光束整形、数据存储、光信息处理、光学显示、加密与防伪等诸多领域提供了新方案。超原子的几何结构能够提供丰富的调控自由度，通过对两个或多个物理量的共同作用能够实现多维度的光学复用，拓展了应用前景。

      现有的超表面全息复用技术主要围绕光学参量复用展开，实现更大容量、更多通道的光信息记录与重建是研究者们重点攻关的方向之一。为了解决如何进一步增加调控维度、提升信息密度的问题，研究团队借鉴了信息通信领域中的码分复用概念实现了多通道独立图像重建。码分复用技术是，选择特定的一组基础码(code)分别与对应的目标信息进行混合编码并叠加为发送信号，而接收时只有利用对应的基础码与接收信号进行混合处理才能解出所需的信息。全息具有高度冗余的特性，这使得作为基础码的参考光可以是非正交的。团队根据全息与码分复用原理提出了一种迭代优化算法，将基础码参考光与目标图像信息混合编码为纯相位全息图。通过优化设计具有双折射特性的介质硅柱，可以实现水平与垂直两个线偏振通道的复用，进而将32个独立通道的图像信息全部记录在单片超表面全息上。通过特定的照明与偏振条件才能准确获得记录的信息。实验验证中，将全息动画每一帧的信息编码到超表面上，根据编码信息利用DMD进行时序照明，可以实现动态光学投影。该方法能够提高超表面全息的信息密度，可应用于动态全息显示、光学信息存储以及光信息加密等领域。