从科幻到现实：新突破将全息图带入你的手机

研究人员将有机发光二极管（OLED）与超表面（Metasurface）结合，实现了全息图投影。这种方法使显示器更简单、成本更低且体积更小。

英国圣安德鲁斯大学的新研究正在推进全息技术的发展，其潜在应用包括智能设备、通信、游戏和娱乐。在《Light: Science & Applications》期刊上发表的一篇论文中，物理与天文学学院的物理学家们报告了一种新型光电器件的创建，该器件结合了全息超表面（HMs）与有机发光二极管（OLEDs）。

迄今为止，全息图通常使用激光生成。然而，圣安德鲁斯大学的团队展示了将OLED与全息超表面结合提供了一种更紧凑且直接的方法。这种方法不仅实现起来更简单，而且成本更低，解决了限制全息技术更广泛应用的关键挑战之一。

图片来源：圣安德鲁斯大学

OLED是一种薄膜器件，已广泛应用于手机显示屏和某些电视中，用于创建彩色像素。由于其平面结构和表面发光特性，OLED在光学无线通信、生物光子学和传感等新兴领域也具有潜力。其多功能性和与其他组件的集成能力使其非常适合开发小型化光基系统。

全息超表面是一种由纳米级结构（称为元原子）组成的薄平层，每个元原子的宽度大约为人类头发的千分之一。这些结构被设计为以精确的方式操控光的行为。它们可以生成全息图，并具有在数据存储、防伪技术、光学显示、高分辨率显微镜和传感等领域的潜在应用。

生成全息图像

研究人员发现，当每个元原子被精心塑造以控制通过它的光束属性时，它就像全息超表面的一个像素。当光通过全息超表面时，在每个像素处，光的属性会略有改变。

得益于这些改变，可以利用光干涉原理，在另一侧创建预设计的图像。光干涉原理是指光波在相互作用时会产生复杂的图案。

图：超表面在OLED照明下的应用a. 无带通滤波器的OLED照明超表面设置。b. 带有通滤波器的OLED照明超表面设置。在OLED照明下记录的全息图像：c. 无带通滤波器。d. 带有通滤波器。

全息超表面的制造

ZrO 2超表面是在显微镜载玻片上制作的，首先用丙酮和异丙醇分别在超声波清洗器中清洗 5 分钟。随后，通过溅射技术（Angstrom Engineering）沉积一层 20 nm 厚的 ITO 薄导电层，以减少电子背散射效应。之后，以 1650 rpm 的转速旋涂一层 700 nm 厚的 PMMA A7 950 K 涂层（Micro Resist Technology），持续 60 秒，然后在 180 °C 下烘烤 5 分钟。

使用 30 kV Raith eLine Plus 电子束光刻 (EBL) 系统定义亚原子图案，然后使用 1:1 的异丙醇和蒸馏水混合物进行 1 分钟显影。显影比例经过精心优化，以确保所有晶胞（无论大小）均能完全显影。显影后，样品在 95 °C 下再烘烤 30 分钟，以增强其热稳定性和机械强度。最后，使用原子层沉积 (ALD) 技术在 80 °C 温度下以 1.79 Å/循环的速率沉积ZrO 2层。

专家观点与应用

物理与天文学学院的伊福尔·塞缪尔（Ifor Samuel）教授表示：“我们很高兴展示OLED的新方向。通过将OLED与超表面结合，我们还开启了一种生成全息图和塑造光的新方式。”

物理与天文学学院纳米光子学教授安德里亚·迪·法尔科（Andrea Di Falco）表示：“全息超表面是控制光的最通用的材料平台之一。通过这项工作，我们消除了阻碍超材料在日常应用中采用的技术障碍之一。这一突破将为全息显示的架构带来革命性变化，例如在虚拟现实和增强现实等新兴应用中。”

物理与天文学学院的格雷厄姆·特恩布尔（Graham Turnbull）教授表示：“OLED显示器通常需要数千个像素来创建简单图像。这种新方法允许从单个OLED像素投影完整图像！”

迄今为止，研究人员只能用OLED制作非常简单的形状，这限制了其在某些应用中的可用性。然而，这一突破为小型化且高度集成的超表面显示提供了途径。

参考文献：“OLED illuminated metasurfaces for holographic image projection” by Junyi Gong, Mohammad Biabanifard, Kou Yoshida, Graham A. Turnbull, Andrea Di Falco and Ifor D. W. Samuel, 27 August 2025, Light: Science & Applications.DOI: 10.1038/s41377-025-01912-z