作为下一代移动平台候选产品，Apple Vision Pro等混合现实（MR）设备有潜力彻底改变我们感知各种数字信息以及与之交互的方式。通过支持与数字信息更直接的交互，混合现实成为元宇宙、空间计算和数字孪生的关键推动因素，这些技术已在智能旅游、智能医疗、智能制造和智能建筑等领域得到广泛应用。为了进一步增强MR显示器人体工程学，必须改善整体用户体验，特别是长期佩戴的舒适度，而为了实现这一目标，则迫切需要使显示器外形紧凑和轻量化。
在《光科学与应用》杂志发表的一篇新论文中，由美国中佛罗里达大学光学与光子学院Shin-Tson Wu教授及其同事领导的科学家团队展示了一种消色差衍射液晶（LC）光学系统具有超薄的外形和轻盈重量。与利用光程差产生相位图案的折射光学器件不同，衍射液晶光学器件通过满足沿厚度方向的半波条件（对于可见光来说通常为几微米）来产生所需的相位图案。这些液晶光学器件具有多种优点，例如高衍射效率（接近100%）、易于制造、偏振选择性和动态切换，使其成为近眼显示应用有希望的候选者。
为了克服这个长期存在的色差问题，同时保持超薄的外形，Shin-Tson Wu团队提出了一种由三个组件组成的消色差液晶光学系统，以基于偏振选择性的优势，每个光学元件的透射光谱和相位图都经过精心设计，以控制偏振状态并校正色差。
具体来说，对于消除蓝光和红光之间焦移的消色差液晶透镜系统，第一个元件是在可见光谱区域表现出高效率的宽带透镜，第二个元件是半波片，其设计用于切换蓝光的偏振状态。最后一个组件是具有特殊设计透射光谱的LC透镜，仅对蓝光和红光有效。只需将这三个LC组件堆叠在一起即可实现消色差LC透镜系统，消色差光栅和偏转器系统都可以基于相同的原理构建。
通过正确控制偏振态，该解决方案可以扩展到其他类型的衍射光学器件，这有望为更紧凑的光学元件打开一扇新的大门。其在智能交通、智能城市、智能医疗、智能制造等领域的广泛应用是可以预见的。
来源：eurekalert
