Meta-hologram producerer to billeder og flere farver (m/ video)

Illustration af meta-hologrammet, hvis pixels består af 6 x 6 guld nanokryds i forskellige længder. Billederne NTU og RCAS rekonstrueres af polariseret lys i ortogonale retninger ved hjælp af en bredbåndslyskilde. Teknologien har et stort potentiale til at designe dobbeltbillede, fuldfarve hologrammer. Kredit:Wei Ting Chen, et al. ©2013 American Chemical Society

(Phys.org) – Hologrammer har tiltrukket bred opmærksomhed for deres evne til at producere et realistisk 3D-billede af et objekt ved at optage objektets lysfelt og senere rekonstruere lysfeltet på en 2D-overflade. Nu har forskere fremstillet et hologram ved hjælp af metamaterialer, der kan producere dobbelte holografiske billeder af forskellige farver på en enkelt overflade. De to billeder er genereret af to ortogonale polariseringer, mens farverne er produceret af hologrammets brede operationsbølgelængdeområde.

Forskerne, Wei Ting Chen, et al., fra institutioner i Taiwan, USA, Kina, og Singapore, har udgivet en artikel om meta-hologrammet i et nyligt nummer af Nano bogstaver .

Forskerne forklarer, at den nuværende hologramteknologi er begrænset af materialerne, som kun virker i et lille område af det elektromagnetiske spektrum. For nylig, forskere har vendt sig mod metamaterialer, kunstigt konstruerede materialer med subbølgelængdestrukturer, at skabe hologrammer, fordi de fungerer over et bredere frekvensområde. Imidlertid, metamaterialer er omfangsrige, hvilket betyder, at lyset skal rejse en lang afstand gennem dem. Meget af lyset absorberes, hvilket resulterer i lav effektivitet for billedrekonstruktioner.

Her, forskerne har fremstillet et hologram baseret på en underkategori af metamaterialer kaldet metasurfaces, som er 2D og derfor tyndere end typiske 3D-metamaterialer. De resulterende meta-hologrammer har den højeste effektivitet, 18 % (defineret som den samlede effekt af det rekonstruerede billede divideret med styrken af den indfaldende laser), af ethvert hologram lavet ved hjælp af metamaterialer til dato.

Meta-hologrammet består af mange bittesmå guld nanokryds. Hver pixel i 100 x 100-pixel meta-hologram er konstrueret med en 6 x 6 række guld nanorods, og nanorodpixelerne i det andet billede drejes vinkelret på det første, resulterer i et 6 x 6 array af guld nanocrosses. Da længden af hver nanorod bestemmer lysbølgernes fase, forskerne konstruerede nanorods af fire forskellige længder, giver 16 kombinationer, at opnå fire faser. Designet viser, at tuning af metasoverfladens geometriske parametre gør det muligt at modulere fasen af de elektromagnetiske bølger over et bredt frekvensområde.

Ændring af lysets polarisering resulterer i, at forskellige billeder vises og forsvinder:NTU rekonstrueres ved hjælp af x-polariseret lys, mens RCAS rekonstrueres ved hjælp af y-polariseret lys. Kredit:Wei Ting Chen, et al. ©2013 American Chemical Society

"Med et bredt operationsbølgelængdeområde, hologrammet har et stort potentiale som et fuldfarvet hologram, "medforfatter Din Ping Tsai, Direktør for forskningscentret for anvendt videnskab ved Academia Sinica i Taipei, Taiwan, fortalte Phys.org . Tsai er også fysikprofessor ved National Taiwan University i Taipei, Taiwan.

"De to billeder genereres af to ortogonale polariseringer. Derfor, vi designede simpelthen billederne af et objekt med to forskellige betragtningsvinkler under belysning af to ortogonale polariseringer. Billederne bliver til 3D, når seeren bærer konventionelle polariserende 3D-briller. Dette design øger mængden af information lagret i vores foreslåede hologram, da informationen kan udlæses af et par vinkelret polariserede indfaldende bølger, hvilket er meget nyttigt til visning og datalagring."

Ændring af lysets bølgelængde resulterer i forskellige farver:røde billeder (640-nm laser), blå billeder (488-nm laser), eller både røde og blå billeder (begge lasere). Kredit:Wei Ting Chen, et al. ©2013 American Chemical Society

For at demonstrere meta-hologrammet, forskerne rekonstruerede billederne "NTU" (National Taiwan University i Taipei, Taiwan) og "RCAS" (Research Center for Applied Sciences ved Academia Sinica i Taipei, Taiwan), oprindeligt taget af et CCD-kamera under x- og y-polariseret lys, henholdsvis. De kunne rekonstruere billederne ved hjælp af forskellige bølgelængder af lys, demonstrerer bredbåndsfunktionaliteten af meta-hologrammet. Som vist i videoerne, billederne kan rekonstrueres individuelt ved styret polarisering af laserne. I øvrigt, billederne kan også rekonstrueres af en usammenhængende lyskilde.

Forskerne forventer, at effektiviteten af meta-hologrammet kan forbedres yderligere ved at bruge mere end fire forskellige længder af nanorods for at øge antallet af faseniveauer.

"Vores fremtidige forskningsplan er at udvikle et hologram med RGB-farver og aktive fasekontrollerede enheder med en koblingsfrekvens, der er meget større end en rumlig lysmodulator, " sagde Tsai.

Sidste artikelForskere opfinder sidelæns tilgang til 2-D hybrid

Næste artikelVerdens første grafenprodukt med 3D spankuleret struktur