物理学家和材料科学家已经开发出一种紧凑的光学设备，该设备包含垂直堆叠的超颖表面，可以生成微观文本和全彩色全息图，用于加密数据存储和彩色显示。胡跃强和中国机械与车辆工程学院车身高级设计与制造研究团队实施了3D集成超表面器件，以促进光学器件的小型化。研究小组使用具有超薄且紧凑特性的超表面，通过在亚波长范围内设计光的波前来设计光学元件。超表面具有将多种功能集成到微型光电系统中的巨大潜力。该作品现已发布在轻：科学与应用。

由于在2D平面上进行现有的多路复用研究仍然需要完全结合超表面的多任务处理能力，因此在当前工作中，该团队展示了一种3D集成超平面设备。为此，他们将全息图超表面堆叠在基于法布里-珀罗(FP)腔的整体式彩色滤光片微阵列上，以实现同时的串扰，偏振无关和高效的全色全息和微缩打印功能。该设备的双重功能概述了一种用于数据记录，安全性，加密彩色显示和信息处理应用的新方案。可以扩展3-D集成的工作，以建立包括多种功能性超表面层的平坦多任务光学系统。

超表面在光电子学上开辟了一个新的方向，使研究人员可以通过相对于亚波长结构的尺寸，形状和排列来成形电磁波的波阵面来设计光学元件。物理学家设计了各种基于超表面的设备，包括透镜，偏振转换器，全息图和轨道角动量发电机(OAM)。他们已经证明了基于超表面的设备的性能甚至超过了传统的折射元件，从而可以构造出具有多种功能的紧凑型光学设备。然而，由于等离子纳米结构的效率降低，偏振要求，大的串扰以及用于多波长和宽带光学设备的读出的复杂性，这些设备由于缺点而无法使用。因此，研究团队可以在垂直方向上堆叠具有不同功能的3D基于超表面的设备，以结合每个设备的优势。同时减少集成的难度并增加设计自由度以生成新功能并改善光学器件的内含性以生成紧凑的多功能器件。

在目前的工作中，Hu等。通过堆叠整体式彩色滤光片微阵列和全息图超表面，将3-D超表面组合在一起形成全色全息。该设备解决了全色全息的瓶颈问题，例如较大的串扰和较小的视野(FOV)。他们通过用白光照射设备获得了彩色微缩图像。研究人员通过在红色(R)，绿色(G)和蓝色(B)激光照明(RBG)下投射到远场中，同时与三个独立的灰度全息图图像混合，获得了全彩色全息图图像。新的3D集成器件显示出低串扰，高效率和简单的制造工艺。利用薄而平坦的超颖表面，该团队构建了一个集成设备，该设备超越了传统的光学设备。

该研究小组开发了微尺度的阶梯式结构，其中包含金属/电介质/金属法布里-珀罗(MDMFP)腔谐振器阵列，以用作具有不同介电层厚度的彩色滤光片。他们证明了MDMFP滤色器具有高的传输效率，宽色域(色彩范围)，并与窄光谱线宽等离激元的滤色器。他们组成了各向同性介电纳米结构的全息超表面，以控制光在亚波长范围内的传播相位，并生成高质量的远场全息图像。

通过用RGB激光照射设备，Hu等人。生成三个独立的远场单色灰度全息图图像，以仔细地混合三个通道并获得全彩色全息图图像。他们设计了超颖表面，以在所需的波长上形成投影，并在专门安排的滤色镜上编码了全息信息，包括彩色微印信息。实验装置具有几个优点，并且可以使用普通的电子束光刻(EBL)和金属蒸发工艺轻松制造该器件。

在3-D器件的设计和制造过程中，Hu等人。在全息超颖表面上设计了介电纳米孔。通过改变纳米孔的大小，科学家们获得了不同的相位响应，从而形成了全息图所需的波前。相位缩放仅降低了全息图的效率，而不会影响其信息。该研究小组使用了高度为400 nm 的(聚)甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料，但可以采用更高的结构和更高折射率的材料来实现更高的衍射效率。

对于彩色滤光片的基本配置，Hu等人。在石英基板上使用了银(Ag)/氢倍半硅氧烷(HSQ)/ Ag共振腔结构，其中银层充当半反射膜。研究小组计算了银膜厚度对实验中使用的RGB波长的影响，以显示由于增加的银膜厚度而导致的串扰得到抑制，但传输效率却降低了。当银膜仅厚于30nm时，串扰的降低可忽略不计。Hu等。获得了假色扫描电子显微镜(SEM)制作的3-D集成超表面装置的图像，以验证其结构。他们将RGB通道的实验透射光谱与理论计算进行了比较，以表明结果吻合良好。

为了实现缩微照相和全息照相的双重功能，科学家开发了改进的Gerchberg-Saxton(GS)算法将两种类型的独立信息编码为缩微图和全息图。该团队将彩色图像的每个像素与调色板中最接近的颜色进行匹配，以形成彩色组件。他们为RGB通道选择了合适的滤色器，彼此之间的串扰很小，最终实现了单独的R，G和B灰度全息图图像。然后，他们合并了三个相位分布分量，以形成全息图的最终相位。为了验证这一概念，他们构建了一个3D集成超表面，并带有正在运行的人的全息照相的三色彩色微影。Hu等。通过对仿真结果和实验结果的比较，表明该设备能够很好地恢复设计的图像信息。显微照片和波长复用全息图的概念可用于加密，以增强信息安全性。

基于微缩图和彩色亚全息图的双重功能，科学家开发了两种加密设备。他们比较了第一台设备的三色微缩图的模拟和实验结果，其中包括阿尔伯特·爱因斯坦提出的质量能方程。50 x 50像素的缩微打印包括红色的主要信息和绿色和蓝色的背景。然后，研究团队投影出与微缩影平行设计的彩色亚全息图，并使用RGB激光照射来捕获全息图图像。对于全息图像，他们使用了阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)的三色肖像，该肖像结合了RGB二值图像。同样，胡等。开发了麦克斯韦方程的缩影以及詹姆斯•克莱克•麦克斯韦的全息肖像。

研究团队在集成的超表面装置中使用了具有不同介电层厚度的各种MDMFP腔，以实现任意图像的全色显微照片。此外，他们通过组合RGB通道的灰度单色图像获得了全色全息图。例如，当他们接下来用包含“荷花中国画”的灰度信息的全色图像对超表面进行编码时，他们可以演示粉红色荷花具有黄色花芯，深绿色的叶子，深色的全色全息图。水和红蜻蜓。该小组可以在实验中调整三个激光器的功率，以获得最接近原始图像的结果。由于不同渠道的串扰很小，

这样，胡跃强及其同事提出并演示了3D集成超表面概念，该概念通过垂直堆叠滤色器微阵列和纳米结构全息 超表面来实现全色全息。在集成之前，该设备显示了加密和存储的双重功能。研究人员在白光照射下获得了微型彩色微缩图，并在RGB激光照射下获得了全色全息图，并且串扰低且效率高。与实现全色全息的现有技术相比。这项工作提供了在多功能片上光电设备中使用超颖表面来使光学系统小型化的绝佳示例。