CN104345463B - 基于等离激元纳米结构的动态全息三维再现装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于等离激元纳米结构的动态全息三维再现装置，包括普通光源、扩束镜、全息记录介质层和等离激元纳米结构，所述普通光源出射的光经过扩束镜照射到全息记录介质层，光线继续向前传输至等离激元纳米结构实现动态全息再现。本发明装置可以实现动态全息再现，并且抑制了全息再现过程中的图像模糊。
Description
技术领域
本发明涉及全息再现技术，尤其涉及一种利用表面等离激元结构实现动态全息三维波前重建并且抑制由于光源扩散角引起的图像模糊的显示装置。
背景技术
基于波前重建的三维显示技术真实再现原场景光的复振幅(包括振幅和相位)，是符合人眼观看习惯的、具有真实感的三维显示，是具有前瞻性的下一代显示技术。波前重建的代表性实现方法是全息术，即在全息记录材料中通过光学方式写入波前信息，产生全息图，再利用再现光照射全息图，实现原场景的三维重建。
虽然全息三维显示是最具有真实感的三维显示，在未来的三维显示领域具有重大的潜在应用前景，但是目前在波前重建三维显示也存在一些问题，其中之一就是当用单色扩展光源再现物像时容易产生图像模糊(image blur)。为了解决这个问题提出了很多的解决方案，其中有研究者提出利用表面等离激元抑制由于扩展光源引起的图像模糊，但是由于其表面等离激元结构是与全息记录干板接触的，所以只能抑制静态的三维图像的图形模糊，无法实际运用到全息动态三维显示中。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于等离激元纳米结构的动态全息三维再现装置，可以实现动态全息再现，并且抑制了全息再现过程中扩散角引起的图像模糊问题。
技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
基于等离激元纳米结构的动态全息三维再现装置，包括普通光源、扩束镜、全息记录介质层和等离激元纳米结构，所述普通光源出射的光经过扩束镜照射到全息记录介质层，光线继续向前传输至等离激元纳米结构实现动态全息再现。
当光传输遇到等离激元纳米结构时，由于只有满足特殊角度要求的光，才能激发表面等离激元实现全息波前重建，而其他角度的入射光不可以，因此可以抑制光源扩散角引起的图像模糊。
进一步的，所述全息记录介质层与等离激元纳米结构是分离的，且两者之间的距离小于100nm。所述全息记录介质层以实时运动替换的形式(以胶卷的形式)设置在扩束镜与等离激元纳米结构之间，在再现过程中可以实时改变全息记录介质，达到动态再现波图像并且抑制图形模糊。
进一步的，所述全息记录介质层为感光干板或感光胶片。
进一步的，所述等离激元纳米结构包括透明衬底和金属膜，所述金属膜均匀附着在透明衬底表面；或所述等离激元纳米结构包括透明衬底和金属光栅，所述金属光栅均匀附着在透明衬底表面，且该金属光栅为亚波长周期性金属光栅。
进一步的，所述金属膜为厚度低于20nm，超过这个数值，可见光就不能透过，进而不能成像。金属光栅的厚度和狭缝宽度均为100nm，周期为400nm。
进一步的，所述金属膜或金属光栅的材质为金或银。
有益效果：
1、本发明利用只有特定角度的入射光才能激发等离激元纳米结构上的表面等离激元，实现全息图的再现。
2、本发明中等离激元结构与全息记录介质层之间是分离的，可以实时改变全息记录介质层，实现动态全息再现的图像模糊抑制。
附图说明
附图1为本发明装置结构示意图。
附图2为特定入射光角度激发等离激元纳米结构上的表面等离激元示意图。
附图3为金属膜和金属光栅的示意图。
附图4为全息记录介质替换示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1所示，基于等离激元纳米结构的动态全息三维再现装置，包括普通光源1、扩束镜2、全息记录介质层3和等离激元纳米结构5，所述普通光源1出射的光经过扩束镜2照射到全息记录介质层3，光线继续向前传输至等离激元纳米结构5实现动态全息再现。
普通光源1发出的光经扩束镜2之后形成一个具有一定发散角的光束，照射在全息记录介质层3上，实现全息再现，但由于再现光存在多角度入射光，所以再现像是多幅再现图案的重叠，难免引起图像模糊。但是，当再现像再经过等离激元纳米结构5时，只有满足特定角度的入射光才能激发表面等离激元穿透结构，并在等离激元纳米结构5右侧成像，而其他角度的入射光，由于不能激发表面等离激元所以无法在右侧成像，因而等离激元纳米结构5阻碍了重叠像的继续传播，抑制了全息再现过程中的图像模糊。
理论依据，如附图2所示，当从光源出射的光经过扩束系统后，照射到全息记录介质层3，发生衍射，由于再现光存在一定的发散角所以再现的图案是多图像重叠的，继续向前传播遇到等离激元纳米结构5，由于只有满足特殊角度θ要求的光满足波矢匹配：
才能激发表面等离激元，继续向前传播，实现全息波前重建，而其他角度的入射光的则不可以因此可以抑制光源扩散角引起的图像模糊，并且在再现过程中可以实时改变全息记录介质层3(附图4)，达到动态再现波前并且抑制图形模糊的目的。
其中，ng为透明基底的折射率，na为空气的折射率，nm(ω)为所用金属的随入射光频率变化的折射率，kg为入射再现光在基底中的波矢，kgx为该波矢在x轴的分量，Kspp为激发的表面等离激元的波矢。
具体实施例中，所述全息记录介质层3与等离激元纳米结构5是分离的，且两者之间的距离d小于100nm。所述全息记录介质层3以实时运动替换的形式设置在扩束镜2与等离激元纳米结构5之间，实现动态的全息再现。具体实施全息再现的过程中，我们可以有机械的方法实时替换全息记录介质层3，如附图4所示，采用的是胶卷式替换实现动态的全息再现，其中全息记录介质层3采用的是为感光干板或感光胶片。
如附图3，所述等离激元纳米结构5包括透明衬底4和金属膜，所述金属膜均匀附着在透明衬底4表面；本发明中等离激元纳米结构5为金属膜时的制作具体实施例为：透明衬底4为透明石英玻璃，在其表明利用热蒸镀或者电子束蒸镀或者磁控溅射沉积一层厚度15nm的金属膜，金属膜的材质为金或银。或所述等离激元纳米结构5包括透明衬底4和金属光栅，所述金属光栅均匀附着在透明衬底4表面，且该金属光栅为亚波长周期性金属光栅；本发明中等离激元纳米结构5为金属光栅时的制作具体实施例为：透明衬底4为透明石英玻璃，在其表面首先利用磁控溅射制备一层厚度为100nm的金薄膜，然后利用聚焦离子束刻蚀一个周期为400nm，厚度和狭缝宽度为100nm的亚波长周期性光栅。金属光栅的材质为金或银。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.基于等离激元纳米结构的动态全息三维再现装置，其特征在于：包括普通光源(1)、扩束镜(2)、全息记录介质层(3)和等离激元纳米结构(5)，所述普通光源(1)出射的光经过扩束镜(2)照射到全息记录介质层(3)，光线继续向前传输至等离激元纳米结构(5)实现动态全息再现。
2.根据权利要求1所述基于等离激元纳米结构的动态全息三维再现装置，其特征在于：所述全息记录介质层(3)与等离激元纳米结构(5)是分离的，且两者之间的距离小于100nm。
3.根据权利要求2所述基于等离激元纳米结构的动态全息三维再现装置，其特征在于：所述全息记录介质层(3)以实时运动替换的形式设置在扩束镜(2)与等离激元纳米结构(5)之间。
4.根据权利要求1所述基于等离激元纳米结构的动态全息三维再现装置，其特征在于：所述全息记录介质层(3)为感光干板或感光胶片。
5.根据权利要求1所述基于等离激元纳米结构的动态全息三维再现装置，其特征在于：所述等离激元纳米结构(5)包括透明衬底(4)和金属膜，所述金属膜均匀附着在透明衬底(4)出射面一侧表面；或所述等离激元纳米结构(5)包括透明衬底(4)和金属光栅，所述金属光栅均匀附着在透明衬底(4)出射面一侧表面，且该金属光栅为亚波长周期性金属光栅。
6.根据权利要求5所述基于等离激元纳米结构的动态全息三维再现装置，其特征在于：所述金属膜厚度低于20nm，金属光栅的厚度和狭缝宽度均为100nm，周期为400nm。
7.根据权利要求5所述基于等离激元纳米结构的动态全息三维再现装置，其特征在于：所述金属膜或金属光栅的材质为金或银。
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