中佛罗里达大学光学与光子学院有趣的新研究提出了一种新方法来创建可以校正色散的消色差衍射液晶光学器件。与常规衍射透镜相比,演示的激光投影仪和OLED解决方案可将色偏减少约100倍。
RGB光对宽带Pancharatnam-Berry透镜(PBL–一种衍射液晶透镜,使用图案化半波片产生透镜效应)的光学响应,b蓝色半波片(HWP–一种可移动的光学元件)光偏振180度),c红/蓝PBL,以及d研究人员提出的消色差液晶衍射透镜系统。这里,实线代表左手圆偏振(LCP),虚线代表右手圆偏振(RCP)。圆偏振是指光波在传播时顺时针(RCP)或逆时针(LCP)旋转。(来源:《自然》)
液晶透镜等衍射光学器件可能非常薄,但会受到色差的影响,导致不同的颜色聚焦在不同的点。所提出的解决方案使用三个堆叠衍射液晶元件——宽带透镜、蓝色半波片和红/蓝色透镜。
每个元件都设计有特定的偏振选择性和光谱响应,为红色、绿色和蓝色波长提供定制的衍射。宽带透镜提供整体光功率,但具有色散。半波片仅切换蓝色偏振。红/蓝镜片可以抵消色散。这些共同提供了消色差性能——所有颜色都聚焦到同一点——同时保持了轻薄的外形。
a所采用的OLED面板的发射光谱,b用于OLED面板成像过程的光学设置,使用具有c23oFOV和e43oFOV的宽带PBL捕获的图像。使用我们的消色差LC镜头系统(d23oFOV和f43oFOV)捕获图像。(来源:《自然》)
消除色差消除了在全彩显示器和成像系统中使用衍射光学器件的主要障碍。与笨重的胶合折射透镜相比,它可以实现更薄、更轻的光学器件。它还可以实现全景、高分辨率MR/AR显示,为成像、光束控制、增强现实领域的紧凑型光学元件开辟了新的可能性。
参考文献
Luo, Z., Li, Y., Semmen, J. et al. Achromatic diffractive liquid-crystal optics for virtual reality displays. Light Sci Appl 12, 230 (2023). https://doi.org/10.1038/s41377-023-01254-8
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