Onderzoekers hebben een nieuw op chips gebaseerd apparaat ontworpen dat blauw licht kan vormen en sturen zonder bewegende delen. Het apparaat zou de grootte van lichtprojectiecomponenten die worden gebruikt voor augmented reality en een verscheidenheid aan andere toepassingen aanzienlijk kunnen verminderen.

"Ons blauwe phased array-platform kan zichtbaar licht snel en nauwkeurig herconfigureren voor veel nieuwe toepassingen, verspreid over holografische displays, kwantuminformatieverwerking en biologische detectie en stimulatie, "Zei onderzoeksteamleider Michal Lipson van Columbia University. "Het baant de weg voor lichtprojectie op chipschaal over het gehele zichtbare bereik met een groot gezichtsveld en kan de huidige omvangrijke optische systemen miniaturiseren."

Lipson en collega's beschrijven het nieuwe apparaat in het tijdschrift The Optical Society (OSA) Optica Letters . Het is de eerste optische phased array (OPA) op chipschaal die werkt op blauwe golflengten met behulp van een siliciumnitrideplatform. OPA's werken als herconfigureerbare lenzen door willekeurige herconfiguraties van 3D-lichtpatronen mogelijk te maken.

De nieuwe OPA is ontwikkeld als onderdeel van een door DARPA gefinancierd project dat tot doel heeft een lichtgewicht, op het hoofd gemonteerd display met laag vermogen dat zichtbare informatie op het netvlies projecteert met een extreem hoge resolutie en een groot gezichtsveld. Dit type augmented display is tegenwoordig niet mogelijk omdat de lichtprojectiecomponenten die worden gebruikt om licht te vormen en te sturen, omvangrijk zijn en een beperkt gezichtsveld hebben.

Werken in het zichtbare

OPA's bieden een alternatief voor omvangrijke lichtprojectie-apparaten, maar zijn meestal gemaakt van silicium, die alleen kan worden gebruikt met nabij-infrarode golflengten. Blauwe golflengten vereisen OPA's gemaakt van een halfgeleidermateriaal zoals siliciumnitride dat werkt op zichtbare golflengten. Echter, fabricage- en materiële uitdagingen hebben een praktische blauwe OPA moeilijk gemaakt.

De onderzoekers hebben onlangs de fabricageprocessen van siliciumnitride geoptimaliseerd om deze uitdaging te overwinnen. In het nieuwe werk ze hebben dit nieuwe platform toegepast om een ​​op chips gebaseerde OPA te creëren.

"Kleinere golflengten verstrooien meer, wat resulteert in een hoger lichtverlies als de fabricage van het apparaat niet perfect is, " zei Min Chul Shin, co-eerste auteur van het artikel. "Daarom, Door een OPA te demonstreren die op blauwe golflengten werkt, kunnen we dit over het gehele zichtbare bereik bereiken."

Met behulp van de nieuwe blauwlicht-OPA's, de onderzoekers demonstreerden bundelbesturing over een gezichtsveld van 50 graden. Ze toonden ook de potentiële voordelen van dit type platform voor beeldprojectie door 2D-afbeeldingen van letters te genereren.

"Alle chips die we hebben getest, werkten goed, " zei Aseema Mohanty, co-eerste auteur van het artikel. "Grootschalige integratie van dit systeem kan worden bereikt met behulp van de huidige lithografietechnieken. dit nieuwe platform introduceert een platform voor volledig herconfigureerbare 3D volumetrische lichtprojectie op chipschaal over het gehele zichtbare bereik."

Toepassingen van computergebruik tot biologie

De nieuwe blauwe OPA kan nuttig zijn voor quantumcomputers met ingesloten ionen, waarvoor lasers in het zichtbare spectrale bereik nodig zijn voor optische stimulatie op micronschaal. Trapped ion-quantumcomputers behoren tot de meest veelbelovende praktische ontwerpen voor quantumcomputing, een opkomende technologie die naar verwachting aanzienlijk sneller zal zijn dan traditionele computers.

De nieuwe op chips gebaseerde apparaten kunnen ook worden gebruikt voor optogenetica, die zichtbaar licht gebruikt om neuronen en andere cellen in levend weefsel te controleren. Bijvoorbeeld, de apparaten zouden kunnen worden gebruikt om een ​​implanteerbaar apparaat te maken om lichtgevoelige tags op neuronen in diermodellen van ziekten te stimuleren.

De onderzoekers zijn van plan het elektriciteitsverbruik van de OPA verder te optimaliseren, omdat een laag stroomverbruik cruciaal is voor lichtgewicht op het hoofd gemonteerde augmented reality-schermen en optogenetische toepassingen.