中佛罗里达大学光学与光子学学院（CREOL）的研究人员正在通过开发一种新的消色差衍射LC光学系统来改善VR和MR的使用体验。

据悉，衍射液晶（LC）光学元件具有超薄外形和轻质，使其成为实现符合人体工程学设计的VR显示器的有希望的候选者。然而，由于衍射LC光学元件的衍射角取决于波长，严重的色差使衍射LC光学元件不适合成像，导致其在全彩显示应用中面临着重大挑战。

如今，研究人员试图通过开发消色差衍射LC光学系统解决这一问题。据介绍，该系统由三个堆叠的衍射LC光学元件组成，具有专门设计的光谱响应和偏振选择性，旨在控制偏振状态并校正色差。为了消除蓝光和红光之间的焦距偏移，消色差LC透镜系统的第一个组件是在可见光谱区域显示高效率的宽带透镜；第二个组件用于切换蓝光偏振状态的半波板；第三个组件是定制设计的仅对蓝光和红光有效的透射光谱LC透镜。通过三个液相色谱组件的堆叠形成消色差液相色谱透镜系统。

消色差LC衍射透镜的工作原理

由于使用了偏振选择性Pancharatnam-Berry光学元件，该方案实现了良好的消色差成像性能，同时保持了超薄的外形，可用于构建消色差光栅和偏转器系统。实验结果表明，该方案使两种类型的光引擎（激光投影仪和OLED显示面板）成像性能显着提高。与传统的宽带衍射LC透镜相比，消色差LC透镜系统在50°视场角下减少了约100倍的横向色偏。

（a） 使用激光投影仪作为光源的单个LC透镜的成像结果。（b） 以激光投影仪为光源的消色差液相色谱透镜系统的成像结果。（c） 使用OLED显示面板作为光源的单个LC透镜的成像结果。（d） 消色差LC透镜系统的成像结果，使用OLED显示面板作为光源。由 Z. Luo 等人提供。  图源：photonics

该方法可以扩展到其他类型的衍射光学器件，广泛用于各种支持MR的领域，包括智能交通、智能城市、智能医疗保健、智能教育、智能建筑和智能制造应用。

研究发表在《Light: Science & Applications》（www.doi.org/10.1038/s41377-023-01254-8）上。