由纳米块组成的超颖表面产生了高效率彩色全息图

通过精心放置许多纳米块(nanoblock)来形成超颖表面上的像素，研究人员证明了，他们可以以正确的方式来操纵入射的可见光从而产生一个彩色的“超全息图”。这种新的产生全息图的方法比同类的彩色超全息图产生方法的重建效率要高一个数量级，并可以应用于不同类型的三维彩色全息显示和消色差平面透镜。

通过将激光照射在一个超颖表面(metasurface)上产生的三维彩色全息图像。

来自中国的北京大学和国家纳米科学中心的研究人员Bo Wang等人，在最近的《纳米快报》杂志上发表了一篇关于这种新型的全息图的文章。

这种新的超颖表面的像素由三种类型的硅纳米块组成，这些纳米块的尺寸精确对应于三种不同的颜色：红色，绿色和蓝色。为了增强蓝色光的效率，在每个像素内使用了两块相同的对应于蓝色光的纳米块，而使用了对应于红色光和绿色光纳米块各一块。

研究人员解释说，每个像素都可以被认为是一种“超分子”，因为它是更大的超颖表面的基本的重复性亚波长单元，这些表面构成了整个全息图。超分子使得超颖表面可以以那些没有现代纳米级设计就不可能的方式来进行光的控制。

当红色，绿色，和蓝色的激光照射全息图的时候，每个纳米块都操纵其对应颜色的光的相位。研究人员解释说，这项研究的一个重要成就是减少了纳米块之间的相互作用，从而使得纳米块几乎相互独立地工作。然后通过使纳米块采取不同的朝向，研究人员可以改变光相位的控制，从而产生不同的全息图像。

(左上)由四个纳米块组成的一个像素。(右上)生成彩色全息图的实验装置。(底部)由红色，绿色，或蓝色光或这些颜色的组合组成的无彩灰度全息图的实验结果。

“由于在一个超分子内的纳米块之间不存在相互作用，我们的工作提供了一种在亚波长分辨率上以透射的模式对不同的可见光波长实现几乎独立的相位控制的方法，这使得特定的功能成为可能，”来自北京大学和山西大学的共同作者Yan Li告诉phys.org说。

研究人员表示，该纳米块方法可以用来生成两种不同类型的全息图。第一种类型是灰度全息图，其整个重构图像只有一种颜色。通过调节三种颜色的相对输入，可以实现更宽的颜色谱。第二种类型的全息图被称为高度分散全息图，重构图像的不同部分具有不同的颜色——例如，红色的花，绿色的茎，和蓝色的花盘。

这种新的彩色全息图在需要控制光谱波前的领域具有多种潜在的应用，如3D彩色全息图，消色差透镜以及防伪平面光学器件等。这些研究人员计划在未来的工作中探索这些应用。

　“基于这个想法和途径，新的真正的平面光学器件可能会被制造出来，以在未来实现许多新的或额外的功能，”Li说。