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Large-Scale Huygens’ Metasurfaces for Holographic 3D Near-Eye Displays
Laser & Photonics Reviews ( IF 9.8 ) Pub Date : 2021-08-16 , DOI: 10.1002/lpor.202000538 Weitao Song 1 , Xinan Liang 2 , Shiqiang Li 2 , Dongdong Li 3 , Ramón Paniagua‐Domínguez 2 , Keng Heng Lai 3 , Qunying Lin 3 , Yuanjin Zheng 1 , Arseniy I. Kuznetsov 2
Laser & Photonics Reviews ( IF 9.8 ) Pub Date : 2021-08-16 , DOI: 10.1002/lpor.202000538 Weitao Song 1 , Xinan Liang 2 , Shiqiang Li 2 , Dongdong Li 3 , Ramón Paniagua‐Domínguez 2 , Keng Heng Lai 3 , Qunying Lin 3 , Yuanjin Zheng 1 , Arseniy I. Kuznetsov 2
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Novel display technologies aim at providing users with increasingly immersive experiences. It is a long-sought dream to generate three-dimensional (3D) scenes with high resolution and continuous depth, which can be overlaid with the real world. Current attempts, however, fail in providing either truly 3D information, or large viewing area and angle, strongly limiting the user immersion. Here, a proof-of-concept solution for this problem is developed. A compact holographic 3D near-eye display with a large exit pupil of 10 mm × 8.66 mm is realized. The 3D image is generated from a highly transparent Huygens’ metasurface hologram with large (>108) pixel count and subwavelength pixels, fabricated via deep-ultraviolet immersion photolithography on 300 mm glass wafers. High-quality virtual 3D scenes with ∼50k active data points and continuous depth ranging from 0.5 to 2 m, overlaid with the real world and easily viewed by naked eye are experimentally demonstrated. A new design method for holographic near-eye displays is introduced that is able to provide both parallax and accommodation cues, solving the vergence–accommodation conflict existing in current 3D displays. Additionally, the complementary metal oxide semiconductor (CMOS) compatible, industry-grade fabrication technology employed opens new avenues for the large-scale, mass manufacturing of metasurfaces.
中文翻译：
用于全息 3D 近眼显示器的大规模惠更斯超表面
新型显示技术旨在为用户提供越来越身临其境的体验。生成具有高分辨率和连续深度的三维（3D）场景，可以与现实世界叠加，这是一个长期追求的梦想。然而，当前的尝试既不能提供真正的 3D 信息，也不能提供大的观看区域和角度，从而严重限制了用户的沉浸感。在这里，开发了针对此问题的概念验证解决方案。实现了具有 10 mm × 8.66 mm 大出瞳的紧凑型全息 3D 近眼显示器。3D 图像由高度透明的惠更斯超表面全息图生成，具有大 (>10 8) 像素数和亚波长像素，通过深紫外浸没光刻在 300 毫米玻璃晶片上制造。实验证明了具有约 50k 个活动数据点和 0.5 到 2 m 的连续深度、与现实世界重叠且易于肉眼观看的高质量虚拟 3D 场景。介绍了一种新的全息近眼显示器设计方法，能够提供视差和调节提示，解决当前 3D 显示器中存在的聚散-调节冲突。此外，互补金属氧化物半导体 (CMOS) 兼容的工业级制造技术为超表面的大规模批量制造开辟了新途径。
更新日期：2021-09-16
中文翻译：
用于全息 3D 近眼显示器的大规模惠更斯超表面
新型显示技术旨在为用户提供越来越身临其境的体验。生成具有高分辨率和连续深度的三维（3D）场景，可以与现实世界叠加，这是一个长期追求的梦想。然而，当前的尝试既不能提供真正的 3D 信息，也不能提供大的观看区域和角度，从而严重限制了用户的沉浸感。在这里，开发了针对此问题的概念验证解决方案。实现了具有 10 mm × 8.66 mm 大出瞳的紧凑型全息 3D 近眼显示器。3D 图像由高度透明的惠更斯超表面全息图生成，具有大 (>10 8) 像素数和亚波长像素，通过深紫外浸没光刻在 300 毫米玻璃晶片上制造。实验证明了具有约 50k 个活动数据点和 0.5 到 2 m 的连续深度、与现实世界重叠且易于肉眼观看的高质量虚拟 3D 场景。介绍了一种新的全息近眼显示器设计方法，能够提供视差和调节提示，解决当前 3D 显示器中存在的聚散-调节冲突。此外，互补金属氧化物半导体 (CMOS) 兼容的工业级制造技术为超表面的大规模批量制造开辟了新途径。
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