Een team van Caltech heeft een manier bedacht om meer dan één holografisch beeld op een enkel oppervlak te coderen zonder verlies van resolutie. De technische prestatie vernietigt een lang gekoesterde veronderstelling dat een enkel oppervlak slechts een enkel beeld kan projecteren, ongeacht de belichtingshoek.

De technologie hangt af van het vermogen van een zorgvuldig ontworpen oppervlak om licht anders te reflecteren, afhankelijk van de hoek waaronder binnenkomend licht op dat oppervlak valt.

Hologrammen zijn driedimensionale afbeeldingen die zijn gecodeerd in tweedimensionale oppervlakken. Wanneer het oppervlak wordt belicht met een laser, het beeld lijkt van het oppervlak te springen en wordt zichtbaar. traditioneel, de hoek waaronder laserlicht het oppervlak raakt, is niet relevant - hetzelfde beeld zal hoe dan ook zichtbaar zijn. Dat betekent dat hoe je het oppervlak ook verlicht, je maakt maar één hologram.

Onder leiding van Andrei Faraon, universitair docent toegepaste natuurkunde en materiaalkunde bij de afdeling Engineering and Applied Science, het team ontwikkelde siliciumoxide en aluminium oppervlakken bezaaid met tientallen miljoenen kleine siliconen paaltjes, elk slechts honderden nanometers hoog. (Voor schaal, een streng mensenhaar is 100, 000 nanometer breed.) Elke nanopaal reflecteert licht anders door variaties in vorm en grootte, en gebaseerd op de hoek van invallend licht.

Met die laatste eigenschap kan elk bericht fungeren als een pixel in meer dan één afbeelding:bijvoorbeeld fungeert als een zwarte pixel als inkomend licht het oppervlak raakt bij 0 graden en een witte pixel als inkomend licht het oppervlak raakt bij 30 graden.

"Elke post kan dubbel werk doen. Dit is hoe we meer dan één afbeelding op hetzelfde oppervlak kunnen coderen zonder verlies van resolutie, " zegt Faraon (BS '04), senior auteur van een paper over het nieuwe materiaal gepubliceerd door Fysieke beoordeling X op 7 dec.

"Eerdere pogingen om twee afbeeldingen op een enkel oppervlak te coderen, betekenden het rangschikken van pixels voor één afbeelding naast pixels voor een andere afbeelding. Dit is de eerste keer dat we ons ervan bewust zijn dat alle pixels op een oppervlak beschikbaar zijn voor elk afbeelding, " hij zegt.

Als proof-of-concept, Faraon en Caltech afgestudeerde student Seyedeh Mahsa Kamali (MS '17) ontwierpen en bouwden een oppervlak dat, wanneer het wordt verlicht met een laser recht op (dus, op 0 graden) projecteert een hologram van het Caltech-logo, maar wanneer verlicht vanuit een hoek van 30 graden een hologram van het logo van het door het Department of Energy gefinancierde licht-materiaalinteracties in energieconversie Energy Frontier Research Center, waarvan Faraon hoofdonderzoeker is.

Het proces was arbeidsintensief. "We hebben een bibliotheek met nanoposten gemaakt met informatie over hoe elke vorm licht onder verschillende hoeken reflecteert. Op basis daarvan hebben we we hebben de twee afbeeldingen tegelijkertijd geassembleerd, pixel voor pixel, " zegt Kamali, de eerste auteur van de Physical Review X paper.

theoretisch, het zou zelfs mogelijk zijn om drie of meer afbeeldingen op een enkel oppervlak te coderen, hoewel er op een bepaald punt fundamentele en praktische limieten zullen zijn. Bijvoorbeeld, Kamali zegt dat een enkele graad verschil in de hoek van invallend licht waarschijnlijk niet genoeg kan zijn om een ​​nieuw beeld van hoge kwaliteit te creëren. "We zijn nog aan het onderzoeken hoe ver deze technologie kan gaan, " ze zegt.

Praktische toepassingen voor de technologie zijn onder meer verbeteringen aan virtual-reality- en augmented-reality-headsets. "We hebben dit nog lang niet op de markt gezien, maar het is een belangrijke demonstratie van wat mogelijk is, ' zegt Farao.