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百余年來，人類一直追求 3D 顯示夢想。3D 顯示將極大拓展人類獲取信息和處理信息的能力，重新定義人與自然的連接方式，支撐國防、健康、文化、教育等領域發(fā)展。3D 顯示的本質是光場的重構。簡單的周期性透鏡結構或光闌結構難以實現(xiàn)精確的多視角光場調控。隨著微納光子學的快速發(fā)展，復雜微納結構具有獨特的光場調控特性，為 3D 顯示提供了顛覆性的新機遇。

近日，蘇州大學光電科學與工程學院 陳林森 研究員、喬文 教授團隊以“基于微納光子器件的光場裸眼 3D 顯示技術”為題在《液晶與顯示》（ESCI、Scopus收錄、中文核心期刊）2022 年第 5 期發(fā)表文章。

文章具體分析了基于幾何光學的裸眼3D 顯示局限性，從器件設計和微納制備兩方面詳細介紹了基于平面光學的裸眼 3D 顯示最新研究進展。最后總結了裸眼 3D 顯示的未來發(fā)展方向和潛在應用領域。

  1. 背景  

裸眼 3D 顯示技術不需要任何輔助設備就可觀察到物體深度信息。目前裸眼 3D 顯示技術有許多種，可分為基于幾何光學和基于微納光學的 3D 顯示。基于幾何光學的 3D 顯示主要有視差屏障、柱透鏡陣列、微透鏡陣列、時空復用等等。基于微納光學的 3D 顯示是通過微納結構調制單個像素的出光方向和發(fā)散角，利用帶有方向的光束重構空間三維物體。

“光場”這一概念于 1936 年被首次提出，定義為在均勻介質中光的輻射能分布，對于空間中包含顏色信息的光場，我們用七維度的全光函數（x，y，z，θ，φ，λ，t）表示，（x，y，z）表示空間位置，（θ，φ）表示空間角度，λ，t 分別表示波長和時間。全光函數表達了在任意時刻從空間任意點覆蓋任意波長范圍的可見光錐，描述了所有可能場景的環(huán)境映射關系。

傳統(tǒng)顯示屏不攜帶角度信息。只能呈現(xiàn)光場中（x，y）兩個維度隨時間 t 變化的平面圖像信息，通過平面圖獲得仿射（近大遠小）、遮擋、陰影、紋理等深度信息，而 3D 顯示能重建七維的光場，可以提供單眼調焦、輻輳調節(jié)、雙目視差和移動視差等生理感知的深度信息。

將全光函數進行簡化，不考慮光的顏色（即波長），在某一個特定的時刻，光波可以用一個四維的光場模型 L（u，v，s，t）來表示。四維光場函數的參數組合并不是唯一的,不同參數組合其對應的光場模型也各不相同。在研究逐像素調控的裸眼 3D 顯示時，將全光函數簡化為另一種四維光場函數（x，y，θ，φ