超表面技术实现单屏显示36幅高清图像

自旋和波长复用元全息图的示意图。该全息图使用单元超表面对多个全息图像进行编码，其中不同的图像基于入射自旋态和工作波长出现在同一平面上。

韩国浦项科技大学领导的研究团队开发出了一项突破性的超表面技术，能在厚度比人类头发丝还小的表面上显示多达36幅高分辨率图像。这项研究成果发表在新一期《先进科学》杂志上。

传统全息技术在单屏显示多幅图像以及保持高分辨率图像质量方面一直存在局限。此次成果得益于一种名为超表面的特殊纳米结构。超表面的厚度只有人类头发丝直径的1%，其上的纳米级元原子能实现对光线的精准控制。

团队采用了一种以坚固耐用和优异光学透明性著称的材料——氮化硅，制造出了纳米级的柱状结构。这些被称为元原子的柱状结构，使得在超表面上对光线进行精细控制成为可能。

这项技术的一个显著特点是，它能根据光线的波长（颜色）和自旋（偏振方向）投射出截然不同的图像。例如，左旋圆偏振红光可能显示出一个苹果的图像，而右旋圆偏振红光则可能呈现出一辆汽车的图像。

利用这一技术，团队在可见光谱范围内以20纳米的间隔编码了36幅图像，在从可见光到近红外光的范围内编码了8幅图像，所有这些图像都集成在一块超表面上。

这项创新不仅简化了设计和制造过程，还提升了图像质量。团队通过引入一种降噪算法，解决了以往图像串扰和背景噪声的问题，从而得到了更清晰的图像，且通道间的干扰也降到了最低。

这是首次在单一相位优化过程中，同时实现自旋和波长信息的复用，并达到低噪声和高图像保真度的效果。考虑到这项技术的可扩展性和商业应用前景，它在高容量光存储、安全加密系统以及多图像显示等多种光学应用中都具有巨大潜力。