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百余年來,，人類一直追求 3D 顯示夢(mèng)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(guó)防,、健康,、文化、教育等領(lǐng)域發(fā)展,。3D 顯示的本質(zhì)是光場(chǎng)的重構(gòu),。簡(jiǎn)單的周期性透鏡結(jié)構(gòu)或光闌結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)精確的多視角光場(chǎng)調(diào)控。隨著微納光子學(xué)的快速發(fā)展,，復(fù)雜微納結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的光場(chǎng)調(diào)控特性,，為 3D 顯示提供了顛覆性的新機(jī)遇。

近日,，蘇州大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院 陳林森 研究員,、喬文 教授團(tuán)隊(duì)以“基于微納光子器件的光場(chǎng)裸眼 3D 顯示技術(shù)”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(xué)的裸眼3D 顯示局限性，從器件設(shè)計(jì)和微納制備兩方面詳細(xì)介紹了基于平面光學(xué)的裸眼 3D 顯示最新研究進(jìn)展,。最后總結(jié)了裸眼 3D 顯示的未來發(fā)展方向和潛在應(yīng)用領(lǐng)域,。

  1. 背景  

裸眼 3D 顯示技術(shù)不需要任何輔助設(shè)備就可觀察到物體深度信息,。目前裸眼 3D 顯示技術(shù)有許多種，可分為基于幾何光學(xué)和基于微納光學(xué)的 3D 顯示,?；趲缀喂鈱W(xué)的 3D 顯示主要有視差屏障、柱透鏡陣列,、微透鏡陣列,、時(shí)空復(fù)用等等?；谖⒓{光學(xué)的 3D 顯示是通過微納結(jié)構(gòu)調(diào)制單個(gè)像素的出光方向和發(fā)散角,，利用帶有方向的光束重構(gòu)空間三維物體。

“光場(chǎng)”這一概念于 1936 年被首次提出,，定義為在均勻介質(zhì)中光的輻射能分布,，對(duì)于空間中包含顏色信息的光場(chǎng)，我們用七維度的全光函數(shù)（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(zhǎng)和時(shí)間,。全光函數(shù)表達(dá)了在任意時(shí)刻從空間任意點(diǎn)覆蓋任意波長(zhǎng)范圍的可見光錐，描述了所有可能場(chǎng)景的環(huán)境映射關(guān)系,。

傳統(tǒng)顯示屏不攜帶角度信息,。只能呈現(xiàn)光場(chǎng)中（x，y）兩個(gè)維度隨時(shí)間 t 變化的平面圖像信息,，通過平面圖獲得仿射（近大遠(yuǎn)?。⒄趽?、陰影,、紋理等深度信息，而 3D 顯示能重建七維的光場(chǎng)，可以提供單眼調(diào)焦,、輻輳調(diào)節(jié),、雙目視差和移動(dòng)視差等生理感知的深度信息。

將全光函數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)化,，不考慮光的顏色（即波長(zhǎng)）,，在某一個(gè)特定的時(shí)刻，光波可以用一個(gè)四維的光場(chǎng)模型 L（u,，v,，s，t）來表示,。四維光場(chǎng)函數(shù)的參數(shù)組合并不是唯一的,不同參數(shù)組合其對(duì)應(yīng)的光場(chǎng)模型也各不相同,。在研究逐像素調(diào)控的裸眼 3D 顯示時(shí)，將全光函數(shù)簡(jiǎn)化為另一種四維光場(chǎng)函數(shù)（x,，y,，θ,，φ