作為下一代移動(dòng)平臺(tái)候選產(chǎn)品，Apple Vision Pro等混合現(xiàn)實(shí)（MR）設(shè)備有潛力徹底改變我們感知各種數(shù)字信息以及與之交互的方式。通過支持與數(shù)字信息更直接的交互，混合現(xiàn)實(shí)成為元宇宙、空間計(jì)算和數(shù)字孿生的關(guān)鍵推動(dòng)因素，這些技術(shù)已在智能旅游、智能醫(yī)療、智能制造和智能建筑等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。為了進(jìn)一步增強(qiáng)MR顯示器人體工程學(xué)，必須改善整體用戶體驗(yàn)，特別是長(zhǎng)期佩戴的舒適度，而為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，則迫切需要使顯示器外形緊湊和輕量化。

在《光科學(xué)與應(yīng)用》雜志發(fā)表的一篇新論文中，由美國(guó)中佛羅里達(dá)大學(xué)光學(xué)與光子學(xué)院Shin-Tson Wu教授及其同事領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)展示了一種消色差衍射液晶（LC）光學(xué)系統(tǒng)具有超薄的外形和輕盈重量。與利用光程差產(chǎn)生相位圖案的折射光學(xué)器件不同，衍射液晶光學(xué)器件通過滿足沿厚度方向的半波條件（對(duì)于可見光來說通常為幾微米）來產(chǎn)生所需的相位圖案。這些液晶光學(xué)器件具有多種優(yōu)點(diǎn)，例如高衍射效率（接近100%）、易于制造、偏振選擇性和動(dòng)態(tài)切換，使其成為近眼顯示應(yīng)用有希望的候選者。

為了克服這個(gè)長(zhǎng)期存在的色差問題，同時(shí)保持超薄的外形，Shin-Tson Wu團(tuán)隊(duì)提出了一種由三個(gè)組件組成的消色差液晶光學(xué)系統(tǒng)，以基于偏振選擇性的優(yōu)勢(shì)，每個(gè)光學(xué)元件的透射光譜和相位圖都經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，以控制偏振狀態(tài)并校正色差。

具體來說，對(duì)于消除藍(lán)光和紅光之間焦移的消色差液晶透鏡系統(tǒng)，第一個(gè)元件是在可見光譜區(qū)域表現(xiàn)出高效率的寬帶透鏡，第二個(gè)元件是半波片，其設(shè)計(jì)用于切換藍(lán)光的偏振狀態(tài)。最后一個(gè)組件是具有特殊設(shè)計(jì)透射光譜的LC透鏡，僅對(duì)藍(lán)光和紅光有效。只需將這三個(gè)LC組件堆疊在一起即可實(shí)現(xiàn)消色差LC透鏡系統(tǒng)，消色差光柵和偏轉(zhuǎn)器系統(tǒng)都可以基于相同的原理構(gòu)建。

通過正確控制偏振態(tài)，該解決方案可以擴(kuò)展到其他類型的衍射光學(xué)器件，這有望為更緊湊的光學(xué)元件打開一扇新的大門。其在智能交通、智能城市、智能醫(yī)療、智能制造等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用是可以預(yù)見的。

來源：eurekalert