全息具有记录和重建波前的能力，是裸眼3D显示、光数据存储和光信息处理的理想手段。但是，传统全息图不具备对虚物全息重建和动态显示的能力。为了克服这个困难，在1966年的时候，Brown和Lohman发明了计算机生成全息(computer-generated holography, CGH)，这种技术使用物理光学理论来计算干涉图案上的相位图。随着技术的发展，通过使用如空间光调制器(SLM)或数字微镜设备(DMD)这样的数字设备，CGH也能展示出动态全息显示的能力。然而，使用SLM或DMD的CGH长期存在着小视场、孪生像、多级衍射的问题。
大帧数高帧率可见光动态三维meta-holography
技术背景：
全息具有记录和重建波前的能力，是裸眼3D显示、光数据存储和光信息处理的理想手段。但是，传统全息图不具备对虚物全息重建和动态显示的能力。为了克服这个困难，在1966年的时候，Brown和Lohman发明了计算机生成全息(computer-generated holography, CGH)，这种技术使用物理光学理论来计算干涉图案上的相位图。随着技术的发展，通过使用如空间光调制器(SLM)或数字微镜设备(DMD)这样的数字设备，CGH也能展示出动态全息显示的能力。然而，使用SLM或DMD的CGH长期存在着小视场、孪生像、多级衍射的问题。
随着纳米加工技术的巨大发展，超材料和超表面引领全息图研究以及其它研究领域进入了工程光学2.0时代。超材料由亚波长级的人造结构(artificial structure)组成，它具有新颖的功能，超出了bulk material的局限性。三维超材料的加工极其困难，因此，超表面作为光学器件在可见光区扮演着重要的角色。超表面是一种二维超材料，由亚波长纳米结构组成，具有调制光的幅度、相位和偏振的能力。超表面的研究可以归为两类：静态超表面和动态超表面。动态或主动超表面的设计基于使用不同的超材料和机制，如相位变化材料(phase-change material)、液晶、光诱导(light-induced)、机械应变(mechanical strain)、电荷注入(charge injection)、热光效应、化学和结构方法等。如今，超表面已被用于制造许多不同类型的功能器件，如超透镜(metalens)、分束器、悬链线光学元件(catenary optical elements)和轨道角动量器件等。
超表面全息术具有大视场、高分辨率、高阶衍射消除等优势。超全息(meta-holography)基于物理机制的不同可以归为三类：相位型超全息图(phase-only meta-holograms)、振幅型超全息图(amplitude-only holograms)、复振幅型全息图(complex-amplitude holograms)。大多数的可见光区的超全息研究局限于静态器件设计，只能使用一片超表面显示单个帧。然而，动态设计是理想超全息平滑显示最基本的需求。要达到这个目标，有两个重要的考量需要注意：第一个是帧数，关系到单个超全息图元件可以显示的不同帧的数量；第二个是帧率。最终目标是，重建的离散全息帧，可以借助人眼视觉暂留(eye persistence)的效应，以平滑视频的方式被人感知到。通常认为帧率高于24fps就可以被人眼认为是连续的，更高的帧率对应更精细和更平滑的视频显示。但是，目前仍然缺少在可见光区有出色显示质量，并以高帧率和高帧数呈现平滑全息视频的高效动态超全息。
图1、动态空间通道超全息图原理
2)动态SCMH的实现。用于编码入射结构激光束的动态光束调制使用包含DMD、透镜和显微物镜的投影系统实现。入射光可以被DMD以高达9523Hz的速度调制。透镜和显微物镜组成4f系统以缩小入射光束来打开超表面的不同空间通道(见图2A)。氮化硅材料的吸收系数足够小，因此它在可见光范围接近透明，其折射率接近2，这远大于普通玻璃材料。因此氮化硅材料适合用于设计高效超表面。氮化硅纳米柱的高度全为700nm，矩形晶格周期为500nm，半径在90到188nm之间。纳米柱的仿真使用有限差分时域(FDTD)法。选择了6个合适的半径加工，氮化硅纳米硅的透射系数和相位响应与在633nm时纳米柱半径的关系见图2B。图2C和D是加工结果的扫描电镜图像。
图2、动态 SCMH 的实现。刻度条,1um
视频2、动态空间通道选择超全息图显示结果
视频3、动态三维空间通带选择超全息图显示结果
附录：
光路，DMD为DLP6500FYE
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