在迈向下一代智能光学设备的过程中，元光学的主动可调谐性是超越传统光学设备、扩大其多功能性的最理想特性之一。尽管通过各种可调谐方法取得了进步，但调谐能力的编码自由度仍然严重限制了其在现实生活中的广泛应用和动态性。在这里，我们提出了一种手势互动方案，通过拓扑柔性元表面（TFM）来扩大调谐能力的编码自由度。通过调节不同的表面形貌，我们充分挖掘了潜在的调谐自由度（DoF），动态显示/加密了多达 16 个独立的全息图像，超过了最先进的调谐自由度。通过手势触发、手动弯曲和其他大面积可重复控制方法对这种拓扑灵活性进行交互式调整，以提取和显示相应的全息图像。我们希望这项研究能激发积极的元设备创新，并为下一代交互式显示器、信息存储和加密以及可穿戴光学设备的潜在应用提供建议。内容一：TFM 的工作原理和设计程序。(a) TFM 工作原理概念图。一个具有定制相位分布 Φflat 的平面元面（左）与两个具有传播相位分布 Φtopo1 和 Φtopo2 的确定地形面（中）相结合，最终产生元光学的总相位分布 ΦMO （右），即 ΦMO = Φflat + Φtopo。(b) 设计元原子的透视图（左）和俯视图（右），其几何参数为 p = 400 nm，l = 230 nm，w = 130 nm，hSi = 380 nm，hCr = 15 nm。(c) 模拟中元原子的归一化交叉极化转换效率（黑色曲线）和 Pancharatnam-Berry (PB) 相位延迟（蓝色曲线）与 θ 的函数关系。内容二：手势交互式动态全息切换。(a) TFM 概念示意图。检索到的多通道全息图像可通过手势触发的地形变换进行主动切换。(b-d) 手势交互式地形变换调整的实际照片，以提供目标曲率 κ = 0 mm-1 (b)、1/12 mm-1 (c) 和 1/6 mm-1 (d)。将粘附在塑料片上的元表面样本贴在不同手势的手部模型上，以提取相应的全息图像。(e-g）手部模型（b-d）的不同手势设置分别对应的全息图像。结论和创新通过探索柔性元表面的调谐能力，为拓扑柔性元表面提出并演示了一种新的手势交互式动态调谐机制。作为概念验证，编码在单个元面上的三个全息图像随着交互式手势的变化而主动切换。此外，通过控制柔性元表面样本的形貌变换，可动态加密和显示多达 16 幅独立编码的全息图像，超越了传统的全息图像加密和显示技术。启发学习了解物理调控全息成像的方式，文中定义的形貌位相和几何位相的结合使得图像发生改变，可以结合到工作之中，探究几何相位，传播相位和共振相位的叠加机理。
文献来源:ACS Nano 2025, 19, 1286−1294 https://doi.org/10.1021/acsnano.4c13569
作者：Zejing Wang,# Zhe Li,# Chengwei Wan,# Shuai Wan, Chenjie Dai, Guoxing Zheng, and Zhongyang Li
发表日期: 2025
报告人：刘高敬
