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圖5：信息密度漸變顯示示意圖

圖源：Light：Science & Applications,2021,10(1):213. Fig.1（c）

圖6：信息密度漸變顯示效果圖

圖源：Light：Science & Applications,2021,10(1):213. Fig.5（a）

  3. 面向裸眼 3D 顯示的微納制造技術  

相位調(diào)控微納結(jié)構(gòu)與器件兼具幅面大（組合幅面達米級）、結(jié)構(gòu)小（50nm-50μm）、精度高（周期排列精度<1nm）等特點，屬于極端微納制造范疇。如何高效高精度微納制造是微納光電子器件與產(chǎn)業(yè)的共性技術難題。

蘇州大學陳林森研究員提出并搭建了四變量輸出的納米光場光刻系統(tǒng)，它由兩個傅里葉變換透鏡和一個二元光學元件組成。如下圖所示，激光經(jīng)過擴展系統(tǒng)準直后入射到傅里葉變換透鏡。經(jīng)衍射光柵后產(chǎn)生正負一級（或多級）光，兩光點發(fā)射的球面波在第二個傅里葉透鏡的后焦面形成干涉光場，用光闌來限制光束大小，再經(jīng)聚焦物鏡倍縮后，在樣品表面形成干涉條紋。通過雙光束（或多光束）干涉光刻方法，一次曝光，形成像素尺寸為幾十微米的納米光柵像素，寫入速度大大提高。同時，改變衍射光柵的前后位置可以輸出變周期的干涉條紋，旋轉(zhuǎn)衍射光柵可以輸出不同取向的干涉條紋。該方法可實現(xiàn)對輸出結(jié)構(gòu)的實時連續(xù)調(diào)制，納米光柵的變化精度可達納米級。

圖7：納米光柵光刻系統(tǒng)及制備的結(jié)構(gòu)圖

圖源：Optics Express,2016,24(6):6203. Fig.3

為了制備具有復雜型貌的微納結(jié)構(gòu)，團隊還提出了 3D 光刻技術。該系統(tǒng)主要包含激光器、空間光調(diào)制器（DMD）和微縮投影物鏡。空間光調(diào)制器加載設計好的結(jié)構(gòu)圖形，結(jié)構(gòu)圖像的刷新速度與樣品載物臺的移動同步。聚焦物鏡將空間光調(diào)制器上的結(jié)構(gòu)圖像縮小，投影至光刻膠上。若想要制備多臺階結(jié)構(gòu)，可在樣品同一區(qū)域進行多次曝光，根據(jù)臺階的級數(shù)每次曝光的圖案也不同。該方法可實現(xiàn)無掩膜灰度光刻，連續(xù)加工面型結(jié)構(gòu)，制備多臺階的微納結(jié)構(gòu)。

圖8：灰度激光直寫系統(tǒng)及制備的結(jié)構(gòu)圖

圖源：IEEE Photonics Technology Letters,2020,32(5):283-6. Fig.3(a)，F(xiàn)ig.4（d）

微納光子器件為逐像素操控光束提供了可能性。與基于微透鏡陣列的 3D 顯示架構(gòu)中區(qū)域化光場重構(gòu)策略相比，逐像素光場重構(gòu)具有以下優(yōu)勢：