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英國與德國研究人員首次藉由超穎表面(metasurface)製作出3D全像片(hologram)。此超穎表面由金奈米棒(nanorod)陣列所構成，可記錄光的相位分佈(phase profile)，而該全像片的像素大小僅有500 nm x 500 nm，為目前最小的像素點，因此較傳統全像片能儲存更多訊息。
上述研究由英國伯明罕(Birmingham)大學的Shuang Zhang與德國帕德博恩(Paderborn)大學的Thomas Zentgraf等人所完成，他們利用電子束刻蝕製作看似無序排列的金奈米棒陣列。這些奈米棒能提供電漿子共振(plasmonic resonance)，作用如同微型光學天線。一般天線是靠電荷沿其結構振盪來傳送無線電波，所以天線的尺寸必須符合電磁輻射共振模態對應的波長；若要將此概念推廣至光學波段，天線的大小必須縮減至奈米等級。
超穎表面上的金奈米棒會收集入射的圓偏振光，並在延遲後發射出的相反的圓偏振光。此延遲時間只與奈米棒的方位角有關，因此研究人員可以利用此性質得到具有特定相位分佈的光波前。Zhang解釋，為了製作全像片，研究人員先以電腦計算出被3D物體散射的光的相位資訊，接著將每一處的相位資訊精準且連續地對應至金奈米棒的指向上，如此一來，只要以圓偏振光照射該超穎表面，在透射光方向上便會形成該物體的3D影像。
一般全像片通常是由起伏光柵(relief grating)所構成，靠光柵造成的繞射來重建3D影像。這些光柵遠大於光波長，因此無可避免有多重繞射、雙重影像及視野受限等缺點。此團隊的全像片則是利用金奈米棒來儲存3D物體的資訊，不僅有最小的像素點、能紀錄更多資訊，同時沒有一般全像技術所會遭遇的問題。
Zentgraf表示，他們的技術不僅能產生3D全像圖，同時也開啟了超薄奈米結構來記錄光的相位及振幅的方法。此外，此超穎表面具有相當高的訊息儲存密度，因此能用來產生高解析度的3D細緻影像。目前此全像圖效率僅有幾個百分比，而根據他們初步的數值運算結果，正確的設計可望提升此效率至90%，因此他們正著手優化奈米結構的設計。
由於電子束蝕刻過程緩慢，且製成的全像片面積僅有數毫米寬，該團隊也計畫開發新的奈米製作技術，以期能打造出肉眼可見的超穎表面全像片。他們同時期望未來能製作的全像片分別控制光波的相位與振幅，以提高3D影像的品質。Nature Communications ｜ doi:10.1038/ncomms3808。 |