Голографические метаповерхности представляют собой двумерные массивы искусственно созданных резонаторов или наноантенн, которые управляют фронтом волны падающего излучения с высокой точностью. В отличие от традиционной голографии, использующей интерференцию когерентных волн и фотоэмульсию для записи информации, голографические метаповерхности опираются на принцип пространственного контроля амплитуды, фазы и поляризации волн с помощью структурированных элементов на подложке.
Ключевой особенностью таких систем является возможность реализации плоской голографии, когда трехмерное изображение формируется в свободном пространстве за счет точного изменения фазового профиля падающей волны. Благодаря этому отпадает необходимость в громоздких объемных структурах, а голограммы становятся компактными, интегрируемыми и многократно более функциональными.
Для построения голографических метаповерхностей необходимо обеспечить полный фазовый контроль в диапазоне от 0 до 2π. Это достигается следующими методами:
Комбинация этих подходов делает возможным создание как бинарных, так и непрерывных фазовых профилей, что критично для формирования качественных голографических изображений с высокой степенью дифракционной эффективности.
Отражающие метаповерхности Используют металлические подложки, обеспечивающие полное отражение и контроль фазового распределения отраженного излучения. Подобные структуры часто применяются в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне.
Пропускающие метаповерхности Представляют собой массивы диэлектрических наноструктур, прозрачных в рабочем диапазоне длин волн. Они позволяют создавать компактные устройства для видимого спектра, что открывает путь к их применению в дисплеях и системах дополненной реальности.
Поляризационно-зависимые голограммы Способны формировать разные изображения в зависимости от состояния поляризации входного света. Это особенно важно для многоканальной передачи информации и защиты данных.
Мультиспектральные и хроматические голограммы Учитывают дисперсионные свойства материалов и позволяют воспроизводить цветные изображения или управлять голографическим рисунком при разных длинах волн.
Голографическая метаповерхность преобразует падающий плоский фронт волны в пространственное распределение фаз. Для этого рассчитывается целевой фазовый профиль, соответствующий желаемому изображению или функционалу. Чаще всего применяется алгоритм Фурье-оптики: целевое изображение задается в дальней зоне, а метаповерхность синтезирует соответствующую дифракционную картину.
Используемые методы:
Создание голографических метаповерхностей требует высокой точности нанофабрикации. Основные методы:
Важным моментом является выбор материалов: диэлектрики с высоким показателем преломления (TiO₂, GaN, Si) позволяют работать в видимом диапазоне с минимальными потерями, в то время как металлы (Au, Ag, Al) обеспечивают сильные плазмонные резонансы, но страдают от поглощения.