研究背景
信息时代对人类与信息的交互方式提出了前所未有的要求。显示技术作为人机交互的核心界面，正经历从“平面可视”到“空间融合”的深刻变革。增强现实（AR）、虚拟现实（VR）、裸眼3D显示等新一代信息技术渴望将数字世界无缝融入物理现实，这对显示器件提出了轻薄、大视场角、高逼真度的终极挑战。
微纳光学的兴起，为解决这一瓶颈提供了全新的物理维度和技术路径。其核心科学内涵在于：当光学结构的特征尺寸进入光波长甚至亚波长尺度时，将涌现出诸如异常衍射、相位突变、电磁谐振等新颖物理效应。通过在三维尺度上精确设计微纳结构的形状、尺寸和排列，我们能够在三维空间中实现对光场的振幅、相位、偏振等多维度的自由裁剪与精准调控。
本研究方向聚焦于这一前沿交叉领域，致力于探索微纳尺度下的光与物质相互作用新机理，并以此为基础，研制面向下一代显示与成像的革命性器件。我们重点研究纳米光栅、超表面、平面透镜等核心器件，特别是在面向光场3D显示、3D成像、透明显示领域形成了特色优势。旨在解决AR/VR、裸眼3D显示等领域中存在的视场角、体积与图像质量之间的不可能三角，为实现轻薄化、高性能、大规模生产的未来显示系统提供从基础理论到应用技术的全链条创新支撑。
创新贡献
1、基于像素化微纳结构的信息密度渐变3D显示
受到平板显示器分辨率的制约，裸眼3D显示存在视场角、空间分辨率和角度分辨率之间的矛盾问题。古人云：“鱼和熊掌，二者不可兼得。”是选择牺牲分辨率，实现大视场角？还是牺牲观察角度，追求高分辨率？在追求极致视觉体验的今天，任一选择都不能满足人们的立体视觉需求。
针对该问题，本研究团队设计了一种二维超构光栅阵列，通过调制入射光场的相位，形成点、线、面不同形状的混合视角。根据人眼视网膜上视锥细胞分布特征，创新地提出了信息密度渐变3D显示（如图1所示）。结合LCD显示平板，获得了超宽视角、彩色、无暗区的动态3D显示效果。该系统结构紧凑轻薄，在移动电子显示终端具有应用前景。
以此技术为基础开发了全球首款向量光场全息3D显示器，并在TCL全球伙伴大会上参展。基于二维超构光栅的信息密度渐变3D显示可显著提升立体显示体验，在消费电子领域具有应用潜力，期待消费电子领域迎来“3D模式盛宴”。
2、基于像素化微纳结构的按需分配光场3D显示
课题组进一步提出了分辨率渐变调制方法，实现信息能量按需分配的光场3D显示，采用像素化超构光栅阵列，精确调控视角光场分布和像素的投射，根据观看习惯分配显示器的信息量。实验演示了一种按需分配的动态彩色光场3D显示，有效提升了高需求视角的空间分辨率和角分辨率，水平视场角可达140°，同时保留了轻薄简单的系统结构，有望推动光场3D显示技术在移动电子设备中的发展和应用。
构建的按需分配动态彩色光场3D显示的实验效果如图4所示。在显示器总信息量为2,560×1,600的情况下，将中间区域高需求视角的空间分辨率提升为119.6 ppi(pixel per inch)，角分辨率提升为0.25 vpd(views per degree)。此外，水平视场角达到140°。
