Chip-baseret enhed åbner nye døre for augmented reality og quantum computing

Forskere har designet en ny chipbaseret enhed, der kan forme og styre blåt lys uden bevægelige dele. Enheden kunne i høj grad reducere størrelsen på lysprojektionskomponenter, der bruges til augmented reality og en række andre applikationer.

"Vores blå fasede array -platform kan hurtigt og præcist omkonfigurere synligt lys til mange nye applikationer, spænder over holografiske displays, kvanteinformationsbehandling og biologisk sansning og stimulering, "sagde forskerteamleder Michal Lipson fra Columbia University." Det baner vejen for lysprojektion i chipskala over hele det synlige område med et stort synsfelt og kan miniaturisere de nuværende omfangsrige optiske systemer. "

Lipson og kolleger beskriver den nye enhed i tidsskriftet The Optical Society (OSA) Optik bogstaver . Det er det første optisk fasede array (OPA) i chipskala, der opererer ved blå bølgelængder ved hjælp af en siliciumnitridplatform. OPA'er fungerer som rekonfigurerbare linser ved at muliggøre vilkårlige rekonfigurationer af 3D-lysmønstre.

Den nye OPA blev udviklet som en del af et DARPA-finansieret projekt, der har til formål at skabe en let, hovedmonteret display med lav effekt, der projekterer synlig information på nethinden med ekstremt høj opløsning og et stort synsfelt. Denne type forstørret skærm er ikke mulig i dag, fordi de lysprojektionskomponenter, der bruges til at forme og styre lys, er omfangsrige og har et begrænset synsfelt.

Opererer i det synlige

OPA'er tilbyder et alternativ til omfangsrige lysprojektionsenheder, men fremstilles typisk ved hjælp af silicium, som kun kan bruges med nær-infrarøde bølgelængder. Blå bølgelængder kræver OPA'er fremstillet af et halvledermateriale, såsom siliciumnitrid, der fungerer ved synlige bølgelængder. Imidlertid, fremstilling og materielle udfordringer har gjort en praktisk blå OPA vanskelig at opnå.

Forskerne optimerede for nylig siliciumnitridfremstillingsprocesser for at overvinde denne udfordring. I det nye værk, de anvendte denne nye platform til at oprette en chipbaseret OPA.

"Mindre bølgelængder spreder mere, resulterer i større lystab, hvis enhedens fremstilling ikke er perfekt, "sagde Min Chul Shin, medforfatter af papiret. "Derfor, at demonstrere en OPA, der fungerer ved blå bølgelængder, betyder, at vi kan opnå dette på tværs af hele det synlige område. "

Ved hjælp af de nye blå lys OPA'er, forskerne demonstrerede strålestyring over et 50-graders synsfelt. De viste også de potentielle fordele ved denne type platform til billedprojektion ved at generere 2-D billeder af bogstaver.

"Alle de chips, vi har testet, fungerede godt, "sagde Aseema Mohanty, medforfatter af papiret. "Integration i stor skala af dette system kan opnås ved hjælp af nutidens litografiteknikker. Således kan denne nye platform introducerer en platform for fuldt rekonfigurerbar 3-D volumenstrålende projektion i chipskala i hele det synlige område. "

Ansøgninger fra computing til biologi

Den nye blå OPA kan være nyttig til fangede ionkvantecomputere, som kræver lasere i det synlige spektralområde til optisk stimulering i mikronskala. Fangede ionkvantecomputere er blandt de mest lovende praktiske designs til kvanteberegning, en ny teknologi, der forventes at være betydeligt hurtigere end traditionel computing.

De nye chipbaserede enheder kan også bruges til optogenetik, som bruger synligt lys til at styre neuroner og andre celler i levende væv. For eksempel, enhederne kunne bruges til at lave en implanterbar enhed til at stimulere lysfølsomme mærker på neuroner i dyremodeller af sygdom.

Forskerne planlægger at optimere OPAs elektriske strømforbrug yderligere, fordi drift med lav effekt er afgørende for lette hovedmonterede augmented reality-displays og optogenetiske applikationer.