To hologrammer på en overflade

Et team hos Caltech har fundet ud af en måde at kode mere end ét holografisk billede på en enkelt overflade uden tab af opløsning. Ingeniørbedriften omstyrter en langvarig antagelse om, at en enkelt overflade kun kunne projektere et enkelt billede uanset belysningsvinklen.

Teknologien afhænger af en omhyggeligt konstrueret overflades evne til at reflektere lys forskelligt afhængigt af den vinkel, hvormed indgående lys rammer den overflade.

Hologrammer er tredimensionelle billeder kodet i todimensionelle overflader. Når overfladen belyses med en laser, billedet ser ud til at springe af overfladen og bliver synligt. Traditionelt set vinklen, hvorunder laserlys rammer overfladen, har været irrelevant - det samme billede vil være synligt uanset. Det betyder, at uanset hvordan du belyser overfladen, du vil kun oprette et hologram.

Anført af Andrei Faraon, adjunkt i anvendt fysik og materialevidenskab i afdeling for teknik og anvendt videnskab, teamet udviklede siliciumoxid og aluminiumsoverflader besat med titusinder af små bittesmå siliciumpæle, hver bare hundredvis af nanometer høje. (For skala, en streng af menneskehår er 100, 000 nanometer bredt.) Hver nanopost reflekterer lys forskelligt på grund af variationer i form og størrelse, og baseret på vinklen på indgående lys.

Den sidste egenskab gør det muligt for hvert indlæg at fungere som en pixel i mere end ét billede:f.eks. fungerer som en sort pixel, hvis indgående lys rammer overfladen med 0 grader og en hvid pixel, hvis indgående lys rammer overfladen ved 30 grader.

"Hvert indlæg kan gøre dobbelt arbejde. Sådan kan vi have mere end ét billede kodet på den samme overflade uden tab af opløsning, "siger Faraon (BS '04), seniorforfatter af et papir om det nye materiale udgivet af Fysisk gennemgang X den 7. december.

"Tidligere forsøg på at kode to billeder på en enkelt overflade betød, at pixels skulle placeres for et billede side om side med pixels for et andet billede. Det er første gang, vi er klar over, at alle pixels på en overflade har været tilgængelige for hver billede, " han siger.

Som et bevis på konceptet, Faraon og Caltech kandidatstuderende Seyedeh Mahsa Kamali (MS '17) designede og byggede en overflade, der, når den blev belyst med en laser lige på (således, ved 0 grader) projekterer et hologram med Caltech-logoet, men når det belyses fra en vinkel på 30 grader, projekterer et hologram af logoet for Institut for Energifinansierede Lysmateriale Interaktioner i Energy Conversion Energy Frontier Research Center, hvoraf Faraon er hovedforsker.

Processen var arbejdskrævende. "Vi skabte et bibliotek med nanoposter med information om, hvordan hver form reflekterer lys i forskellige vinkler. Baseret på det, vi samlede de to billeder samtidigt, pixel for pixel, "siger Kamali, den første forfatter til Physical Review X -papiret.

Teoretisk set det ville endda være muligt at kode tre eller flere billeder på en enkelt overflade - selvom der vil være grundlæggende og praktiske grænser på et bestemt tidspunkt. For eksempel, Kamali siger, at en enkelt grad af forskel i vinklen på indfaldende lys sandsynligvis ikke kan være nok til at skabe et nyt billede i høj kvalitet. "Vi undersøger stadig, hvor langt denne teknologi kan gå, " hun siger.

Praktiske applikationer til teknologien omfatter forbedringer af virtual-reality og augmented-reality-headsets. "Vi er stadig langt fra at se dette på markedet, men det er en vigtig demonstration af, hvad der er muligt, "Siger Faraon.