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一种刻划在SOI材料上的高密度图像显示技术

发布时间:2019/09/27 06:24

ag电子平台游戏官网图像通常需要借助于显示器、打印机、胶片记录仪等图像输出设备显示。传统图像显示技术由于显示器件像元尺寸较大,导致图像分辨率低,难以产生更为复杂的图像信息,并且工艺复杂、体积大,已无法满足图像储存显示领域的微型化发展的要求,需要发展新的光学存储显示技术以适应目前光学系统日益微型化、集成化的新趋势。

最近,武汉大学的郑国兴课题组提出了一种刻划在SOI材料上的高密度图像显示技术。只需要对SOI材料进行一次光刻,即可将图像灰度信息存储在一片薄薄的毫米量级大小的SOI材料表面,且单个像素仅为300nm×300nm大小,图像分辨率高达84 667 dpi 。图像的观测手段较为简单,使一束线偏光入射到超表面,即可通过放大镜在反射方向观察到具有高清晰度的图像,并且使用不同的光源照明依然可以保持很好的清晰度。这种超表面结构简单而紧凑,可以克服传统图像显示技术系统复杂、像元尺寸大等固有缺陷,进而发展一种微型化、高分辨率、连续灰度调控的图像显示技术,在高密度光信息存储、高端产品防伪、信息加密等领域具有巨大的应用价值。

这种刻划在SOI材料上的微纳结构称为共振型超表面,由顶层硅纳米砖阵列、二氧化硅氧化层以及硅衬底共同构成。其中,硅纳米砖阵列由大小相同、方向角不同的长方体形纳米砖构成,纳米砖的长边、短边方向分别构成了长轴、短轴。硅纳米砖中发生的电磁共振可获得超高反射率,我们通过操控硅纳米砖的电磁共振,设计出了具有偏振分光功能的纳米砖,将入射光束分为两部分:入射光沿纳米砖长轴偏振的部分直接反射;沿纳米砖短轴偏振的部分进入硅衬底并被其吸收。每个纳米砖作用为一个微型起偏器,我们将其与马吕斯定律相结合,通过设计纳米砖阵列的方向角排布,实现了准确而连续的光强调制功能,并进而发展了一种具有高分辨率的连续灰度图像存储、显示技术。

作为实例,我们设计了一个大小为150μm×150μm的样片,以猫的照片为目标图像,给出了在不同偏振态入射光照射下的实验结果,只有在偏振方向沿水平方向时,才能观测到清晰的图像。这一结果与马吕斯定律相符,同时也证实了利用共振型超表面实现高密度图像显示的可行性。


上述成果发表在最近一期的Optics Express, 2019: 27927-27935)上。该工作得到国家自然科学基金、湖北省杰青等的资助。

论文地址:https://www osapublishing org/oe/abstract cfm?uri=oe-27-20-27927