We have demonstrated a highly-efficient cladding-pumped ytterbium-doped fiber laser generating 1.36 kW of continuous-wave output power at 1.1 mum with 83% slope efficiency and near diffraction-limited beam quality. The laser was end-pumped through both fiber ends and showed no evidence of roll-over even at the highest output power, which was limited only by available pump power.

Advances in imaging technologies have led to a high demand for ultracompact, high-resolution image sensors. However, color filter-based image sensors, now miniaturized to deep submicron pixel sizes, face challenges such as low signal-to-noise ratio due to fewer photons per pixel and inherent efficiency limitations from color filter arrays. Here, we demonstrate a freeform metasurface color router that achieves ultracompact pixel sizes while overcoming the efficiency limitations of conventional architectures by splitting and focusing visible light instead of filtering. This development is enabled by a fully differentiable topology optimization framework to maximize the use of the design space while ensuring fabrication feasibility and robustness to fabrication errors. The metasurface can distribute an average of 85% of incident visible light according to the Bayer pattern with a pixel size of 0.6 μm. The device and design methodology enable the compact, high-sensitivity, and high-resolution image sensors for various modern technologies and pave the way for the advanced photonic device design.

Abstract Holographic display offers the capability to generate high-quality images with a wide color gamut since it is laser-driven. However, many existing holographic display techniques fail to fully exploit this potential, primarily due to the system’s imperfections. Such flaws often result in inaccurate color representation, and there is a lack of an efficient way to address this color accuracy issue. In this study, we develop a color-aware hologram optimization approach for color-accurate holographic displays. Our approach integrates both laser and camera into the hologram optimization loop, enabling dynamic optimization of the laser’s output color and the acquisition of physically captured feedback. Moreover, we improve the efficiency of the color-aware optimization process for holographic video displays. We introduce a cascade optimization strategy, which leverages the redundant neighbor hologram information to accelerate the iterative process. We evaluate our method through both simulation and optical experiments, demonstrating the superiority in terms of image quality, color accuracy, and hologram optimization speed compared to previous algorithms. Our approach verifies a promising way to realize a high-fidelity image in the holographic display, which provides a new direction toward the practical holographic display.

We investigate the CMA-ES algorithm as a novel derivative-free optimization tool for aberration analysis, which shows excellent performance with an RMS error of 0.07% even under the 10-dB SNR condition.

We propose a single-shot hyperspectral imaging system operating in the 400 – 700 nm wavelength range, based on a complex amplitude metasurface with an asymmetrically varying point spread function with respect to wavelength.

Holographic near-eye displays are a promising technology to solve long-standing challenges in virtual and augmented reality display systems. Over the last few years, many different computer-generated holography (CGH) algorithms have been proposed that are supervised by different types of target content, such as 2.5D RGB-depth maps, 3D focal stacks, and 4D light fields. It is unclear, however, what the perceptual implications are of the choice of algorithm and target content type. In this work, we build a perceptual testbed of a full-color, high-quality holographic near-eye display. Under natural viewing conditions, we examine the effects of various CGH supervision formats and conduct user studies to assess their perceptual impacts on 3D realism. Our results indicate that CGH algorithms designed for specific viewpoints exhibit noticeable deficiencies in achieving 3D realism. In contrast, holograms incorporating parallax cues consistently outperform other formats across different viewing conditions, including the center of the eyebox. This finding is particularly interesting and suggests that the inclusion of parallax cues in CGH rendering plays a crucial role in enhancing the overall quality of the holographic experience. This work represents an initial stride towards delivering a perceptually realistic 3D experience with holographic near-eye displays.