突破！研究人员开发出一种新型全息图｜宇熠周报（2024.06.03-2024.06.10）

链接： https://www.optica.org/events/congress/advanced_photonics_congress/

介绍：Optica先进光子学大会是一个包容性和综合性的盛会，由五个主题会议组成，涵盖光学材料、光信号处理、光通信和集成光学领域的创新。
了解光子学及其应用的最新发展：
探索 AI 和 ML 优化的器件设计以及 AI 和 ML 算法的光子实现。
了解集成光子学光谱学的新发展及其在基础科学、计量学和传感中的应用。
通过新材料、新设计和先进制造创新，了解太阳能和固态照明领域的最新动态。
加入关于超材料和纳米光子学的讨论，这些超材料和纳米光子学可以在薄、敏捷和非线性光学元件中实现新的功能。
关注光子学在新兴技术中的作用，从新显微镜到大型卫星星座。

链接：https://www.chanchao.com.tw/laserexpo/en/

介绍：Laser Taiwan 由台湾激光技术应用协会、工业技术研究院和陈超国际有限公司主办。自 2013 年首次举办以来，台湾激光展已成为台湾最大、最专业的激光展。该展览吸引了超过10,000名买家和数百家参展商，在激光行业赢得了极大的赞誉。
台湾激光展将展示激光工艺应用、激光源、光学、生物材料、消费品、增材制造以及激光的创新与科学研究。为了将激光应用融入不同的工业用途，主办方将举办“激光行业应用研讨会”，邀请该领域的专家、学者、采购商和协会参加研讨会。他们将共同分享有关激光应用的最新技术和知识。此外，提高对激光行业的兴趣和独创性。主办方将举办“3D打印创新应用设计挑战赛”和“激光创新产品大赛”。这些活动有助于为行业创造媒体曝光率，并建立一个平台，使参与者能够交流思想。随着展会的成功举办，行业也将蓬勃发展。

链接：https://www.global-meetings.com/icpoot

介绍：2024年电力、光学和光电子技术国际会议（ICPOOT 2024）将在中国武汉举行。会议主要围绕电力、光学、光电技术等研究领域展开。会议旨在为从事电力、光学、光电子技术研究的专家学者、工程技术人员和技术研发人员提供一个分享科研成果和前沿技术的平台，促进学术成果转化合作。将不同领域的专家组聚集在一起，讨论最新发展并交换意见将是有益的。

链接：https://lam.ngo/

介绍：LIA 的激光增材制造研讨会 （LAM） 将于今年亲自返回俄亥俄州代顿市代顿大学万豪酒店。LAM是一个独特的研讨会，汇集了来自世界各地的行业专家，为激光增材制造的高度集中领域提供见解。

与会者将有机会：

了解激光增材制造的最新动态

寻找应对技术挑战的解决方案

认识新的供应商

与同事和行业专家建立联系

采购新产品

今年的计划将重点介绍激光增材制造的三个领域：激光器、光学器件和传感器。此外，还将更加关注涵盖先进光子学制造的区域劳动力培训计划。

介绍：研究人员开发出一种新型全息图，称为“元全息图”，能够投射多个无串扰的高保真图像。这一突破为虚拟/增强现实 (AR/VR) 显示、信息存储和图像加密等下一代技术铺平了道路。该项研究成果发表在《eLight》杂志上。

元全息图比传统全息图具有多项优势，包括更宽的操作带宽、更高的成像分辨率、更宽的视角和更紧凑的尺寸。然而，元全息图面临的一个主要挑战是其信息容量有限，只能投射少量独立图像。

现有方法通常只能提供少量的显示通道，并且在图像投影期间经常受到通道间串扰的影响。

为了克服这一限制，新研究引入了一种基于 k 空间平移设计策略的创新方法，使多个目标图像能够在“显示”和“隐藏”状态之间无缝切换。所提出的元全息图采用几何相位编码方法，由数百万个亚波长级多晶硅纳米柱组成，每个纳米柱的尺寸约为 100 纳米，所有纳米柱的尺寸相同，但旋转角度在空间上有所不同。

该设备还采用了平面玻璃波导来传输入射光，并利用偏振和角度等特性来切换多达六个独特的高保真图像的投影，而不会产生串扰。此外，研究人员还利用不同的多路复用技术组合创建了双通道全彩色元全息图，甚至十八通道元全息图。

这项创新有望显著改善 AR/VR 显示屏，因为它能够投射更复杂、更逼真的场景。它还有望应用于图像加密，其中信息被编码到多个全息通道中以增强安全性。

这项研究是开发高性能元全息图的重要一步，其信息容量大大增加。这项研究为从高级显示器到信息加密和信息存储等各个领域的令人兴奋的新可能性铺平了道路。

介绍：近日，电子科技大学王曾晖教授、夏娟研究员团队与中南大学周喻教授团队合作报道了基于非层状二维材料β-In2S3的超高频谐振式气压传感器，实现了宽量程（从10⁻³ Torr直至大气压）、高线性（非线性程度仅为0.0071）和快响应（内禀响应时间低于1微秒）的优异传感性能。研究人员还阐明了纳米机电谐振器的频率设计规律，并成功实验测定了材料弹性模量和器件内应力，为基于二维非层状材料的新型低维纳米器件的晶圆级设计与集成赋能。

二维非层状材料具有应用于纳米机电结构中的潜力，并因其独特的物理特性和表面活性，有望进一步实现性能优异的传感器件。然而，由于纳米机电器件对于材料稳定性和导电性等方面的要求，以及器件制备的难度，这一极具前景的应用范式一直未得到探索。近日，该团队研究人员利用β-In2S3这一具备高载流子迁移率和适中带隙的二维非层状半导体，制备了一系列工作频率在超高频频段的纳米机电谐振器，实现的气压传感性能在同类器件中暂居最优。

研究人员利用圆形纳米鼓膜的动态响应考察器件弹性特征。通过自主设计并优化的激光干涉位移测量系统，有效地表征了纳米谐振器的超高频段频域动态响应。为验证β-In2S3纳米谐振器的气压传感性能，研究人员在10⁻⁴ Torr至大气压的宽气压范围内不间断追踪器件动态响应，并分析了谐振频率和质量因子的调控机制。研究表明，谐振频率随气压增加而线性增长，响应度高达259.77 ppm/Torr（即每Torr气压变化将引入高达2.328 KHz的频偏），而非线性程度仅为0.0071，揭示了该传感器的优异响应性能。此外，耗散因子随气压增加引入的额外空气阻尼呈下降趋势，理论分析表明该传感器在大气压下的响应速度可达0.95微秒。

介绍：有机室温磷光（RTP）材料在信息加密、防伪、生物成像以及化学传感等领域具有非常广阔的应用前景。然而，如何高效构建具有长寿命、高量子效率以及耐水环境等性质的高性能RTP材料是一个棘手的科学问题。该问题的有效解决不仅将有助于推动先进光学材料的发展，也将大大拓展RTP材料的实际应用。

近年来，中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋关键材料重点实验室智能高分子材料团队陈涛研究员和路伟研究员一直致力于利用超分子动态相互作用力可控构建复合发光材料及其在信息存储与加密、伪装与防伪等方面的应用研究。近日，该团队受邀与唐本忠院士在 Advanced Materials 上发表了题为“Targeting Compact and Ordered Emitters by Supramolecular Dynamic Interactions for High-performance Organic Ambient Phosphorescence.”的综述，系统总结了利用超分子动态相互作用力构建紧密有序高性能RTP材料的研究进展。

文中，作者重点介绍了利用超分子动态相互作用力构建紧密有序发光体对实现高性能RTP发光的重要作用，包括促进系间窜越，增加自旋轨道耦合，有效降低非辐射能量耗散以及形成淬灭剂屏障等。因此，相比较于无序的发光体系，紧密有序的发光体系往往具有更加优越的RTP性能。一方面，超分子动态相互作用力赋予材料体系良好的动态性和可逆性，形成紧密有序的发光体，有利于形成可靠屏障以有效降低氧气、水等淬灭剂的影响，获得其他方法难以实现的水相磷光；另一方面，多重超分子动态相互作用的调控作用不仅有利于实现光学性能的可控，而且有助于大大提升材料在发光量子效率、寿命等方面的性能。

结合近年来领域内的代表性研究工作，作者首先系统总结了利用超分子动态相互作用力构筑有序RTP体系的方法。具体的构筑策略包括：（1）多重氢键、π-π堆积以及范德华力等超分子动态相互作用驱动发光小分子自发形成紧密有序的发光体；（2）利用静电、离子键、亲疏水等超分子动态作用力调控发光聚合物形成刚性、有序的发光体；（3）受限环境（刚性聚合物网络、囊泡、大环主体、纳米黏土等）介导的分子自组织，构筑有序的发光体系。详细归纳、总结了利用这些策略所制备的有序RTP材料在磷光寿命、量子效率以及耐水环境等方面的突出性能。其次，仔细回顾了有序RTP材料在生物成像、光电器件与余辉显示、信息加密与防伪以及化学传感等方面的重要应用。作者在文中强调，有序RTP材料在水环境中优越的发光性能为高信噪比的生物成像以及化学传感等应用提供更大的可能性；有序RTP材料的长寿命、高量子效率以及丰富的光学可调性等优点也有助于获得高性能光电器件，为光学显示提供额外的时间维度，提升信息加密与防伪的安全等级。最后，作者对研究现状进行总结，讨论了领域中存在的研究问题，并对未来的发展方向进行了展望。

介绍：光学显微镜是各种多学科领域中使用最广泛的方法之一，用于小规模检查物体、生物体或表面。然而，它的横向分辨率从根本上受到光衍射的限制——随着对更高分辨率的需求的增长，使用传统镜头时，这一限制变得越来越重要。

在光学显微镜的最后一个成像透镜后面集成一个介电微球，为显著提高横向分辨率提供了一种很有前途的解决方案，这一研究领域被称为微球辅助显微镜。然而，在实践中，使用市售的介电微球有很大的局限性。

此外，由于 MPL 的非线性特性，通过在整个打印过程中局部细化激光强度，可以显着提高其精度。通过将这种复杂的方法与先进的孵化和切片策略相结合，该团队成功制造了一个直径为 20 μm 的微球，表现出近乎完美的几何质量（λ/8）和出色的表面光滑度。

最终，将微球打印在盖玻片上，盖玻片的中心有一个孔，通过飞秒激光烧蚀处理。这种改进的盖玻片和微球体的组合构成了一个3D微型设备，可以灵活地操纵球体，并有可能集成到任何光学显微镜中。

当微球被整合到3D微设备中时，使用Mirau型相干扫描干涉仪（MCSI）和分辨率为λ = 0.28的校准网格评估了微球的性能。因此，球体的光学特性超过了传统透镜在可见光下的典型分辨率限制，同时保持了MSCI的高轴向分辨率。

在短短 8 分钟内完成制造，包括盖玻片的修改和球体的制造，3D 微型设备强烈表明其作为现实世界解决方案的适用性。此外，MPL的独特功能使创新的微光学结构和系统得以探索，以进一步提高2D和3D光学显微镜的横向分辨率。

展望未来，科学家们强调了在该领域采用MPL的多种可能性，并强调了其在经济高效地开发定制设计设备方面的巨大潜力，这些设备可以提高任何光学显微镜的分辨率。

正确处理微球需要繁琐的工作流程，并且市售介电微球的尺寸也受到限制。这些挑战阻碍了微球辅助显微镜的广泛应用，作为昂贵的显微镜解决方案（如扫描电子显微镜或原子力显微镜）的具有成本效益的替代方案。

在发表在《光：先进制造》杂志上的一篇新论文中，来自赫尔辛基大学和波鸿鲁尔大学电子结构与激光研究所-希腊研究与技术基金会的科学家开发了一种使用基于激光的3D打印制造高质量微球的新策略。这种方法利用多光子光刻（MPL），能够在微米和纳米尺度上无掩模生产真正的 3D 结构。

链接：https://www.oejournal.org/article/doi/10.29026/oes.2024.230052

介绍：结构光束是指在空间和时间上“定制”的光场，其振幅、相位和偏振态在空间和时间上有着特殊的分布。偏振态在结构光束中扮演着重要角色。除了对单个横向平面上的偏振操纵之外，沿着传播方向控制纵向结构光束的偏振也是一个重要的维度。然而，现有的研究主要集中在沿光轴方向调控光束的偏振。这大大限制了纵向结构光束的偏振在空间维度上的自由度。脱离光轴的束缚，探索沿着空间中任意传输轨迹进行偏振操纵，进而生成一种任意轨迹传输偏振纵向变化的结构光束，从而为创建定制化空间结构光束开辟新的可能性。

近日，首都师范大学张岩教授团队使用三层金属结构超构表面生成了沿任意空间轨迹偏振变化的结构光束。为了实现这种定制化空间结构光束，该工作首先在输入平面上设计了相位调制函数（由一系列具有移动圆心的扩展圆环组成），如图1(a)所示，而传播的轨迹曲线是从输入平面上这些移动圆环发出的锥形光束汇聚而成。其次，通过控制移动圆环对应的正交偏振光束分量的振幅和相位差，可以实现预定传输轨迹上各点的偏振控制。按照预设的螺旋传输轨迹，他们设计了在庞加莱球上沿着赤道15°线偏振到75°线偏振的连续变化的结构光束，以及沿着北半球15°线偏到圆偏振再到75°线偏的连续变化的结构光束，分别对应图1(d)和1(f)。

链接：https://cn.oejournal.org/article/doi/10.12086/oee.2024.240024

介绍：基于结构光的光学三维形貌测量以快速、无损及高精度的优点被广泛应用于生产生活。近年来，为满足生产需求，在航空航天、汽车船舶、医疗等领域出现兼具镜面反射和漫反射特性的复合表面物体，亟待进行精密形貌测量。在现有的技术中，条纹投影技术与条纹反射技术分别在漫反射面物体和镜面物体中得到广泛应用，同时也为复合表面物体的测量提供了研究思路和技术基础。直接相位偏折测量法结合条纹投影轮廓术搭建测量系统，可完成对非连续复合表面物体的形貌测量。该技术利用清晰的正弦条纹可准确获得相位信息，进而恢复三维形貌。然而由于被测物体中漫反射部分和镜面部分中光的反射特性不同，导致正弦条纹经反射后的成像位置不同，相机无法同时清晰采集镜面反射和漫反射部分的条纹。当被测镜面部分深度较大或测量距离较远时，成像距离成倍增加；同时结合双屏位置的额外约束，一般相机无法满足景深需求，导致其中一个成像面处于对比度较低的离焦状态。在这种情况下，复合表面测量的镜面区域出现离焦模糊，导致条纹对比度下降，进而使系统噪声对结果影响变大，相位解算出现歧义，像素匹配不准。

二值条纹离焦技术可以在离焦区域产生高质量的类正弦条纹。研究发现，在相同的离焦程度下，二值条纹相较于传统正弦条纹对比度更高、抗噪性更强。在一定程度上使用二值条纹可以扩展测量深度，提升测量结果的精度，使得复合表面在不同成像位置的精确测量具有可行性。然而离焦二值条纹的相位质量受系统离焦量以及条纹宽度的影响，如何结合传统结构光测量系统的特征，量化系统离焦量并选择合适的条纹宽度是该技术的难点。

河北工业大学张宗华教授研究团队提出了一种二值结合正弦条纹的复合表面物体三维形貌测量方法，旨在突破相机景深限制，最终实现对复合表面物体的精密测量。如图1所示，相机聚焦到复合参考面，投影仪经漫反射部分反射的结构光位于景深范围内，双屏显示的条纹经镜面部分反射后成像在相机景深范围外；因此投影仪投影正弦条纹，双显示屏显示具有合适离焦程度和条纹宽度的二值条纹，扩大了复合表面测量系统测量范围；同时实现了复合表面物体中镜面与漫反射部分的高精度测量。