Onderzoekers hebben een nieuwe benadering van veelkleurige holografie ontwikkeld die kan worden gebruikt om 3D-kleurendisplays te maken voor augmented reality-brillen, smartphones of heads-up displays zonder omvangrijke optische componenten.

In optiek , Het tijdschrift van de Optical Society voor onderzoek met hoge impact, onderzoekers van de Duke University, De VS beschrijven hoe ze een veelkleurig beeld codeerden op een hologram van 300 bij 300 micron in een 2D-golfgeleiderstructuur, een zeer dunne structuur die licht geleidt. Het door de computer gegenereerde hologram produceert complexe veelkleurige holografische beelden wanneer de roosterkoppeling wordt verlicht door rood, groen en blauw licht.

"Het hologram kan rechtstreeks op de lenzen van een augmented reality-bril worden gebosseleerd om een ​​beeld rechtstreeks in de pupil van het oog te projecteren zonder dat er grote lenzen nodig zijn, bundelsplitsers of prisma's, " zei Daniel L. Marks, een lid van het onderzoeksteam. "Het kan ook worden gebruikt om een ​​3D-beeld van een smartphone op een muur of een nabijgelegen oppervlak te projecteren."

De nieuwe fabricagemethode codeert hologrammen in een materiaal dat compatibel is met geïntegreerde fotonica-technologie. Dit betekent dat de holografische apparaten gemakkelijk in massa kunnen worden vervaardigd met dezelfde fabricagemethoden die worden gebruikt om computerchips te maken. De hologramproducerende elementen zouden kunnen worden opgenomen in kleine chip-gebaseerde apparaten die ook de lichtbronnen bevatten die nodig zijn om de 3D-beelden te maken.

Van één kleur naar drie

De nieuwe veelkleurige holografietechniek is gebaseerd op computergegenereerde hologrammen. In tegenstelling tot traditionele holografie, waarvoor een fysiek object en laserstralen nodig zijn om het interferentiepatroon te creëren dat nodig is om een ​​holografisch beeld te vormen, computer-gegenereerde holografie genereert digitaal interferentiepatronen.

Computergegenereerde hologrammen bieden 3D-beelden met hoge resolutie, maar het is moeilijk gebleken om ze in meer dan één kleur te maken. Het Duke-team overwon deze uitdaging door een rooster te fabriceren - een reeks franjes - en een binair hologram in een golfgeleider gemaakt van een lichtgevoelig materiaal dat bekend staat als fotoresist. Ze ontwikkelden een manier om de interferentiepatronen voor rood, groen en blauw in één enkel binair hologrampatroon.

"Een van de moeilijke onderdelen van het maken van een meerkleurendisplay is het combineren van de kleuren en ze vervolgens precies scheiden om een ​​volledig kleurenbeeld te genereren. " zei Zhiqin Huang, eerste auteur van het artikel. "Met onze aanpak gebeurt dit allemaal in één stap op een enkel oppervlak zonder bundelsplitsers of prisma's. Dit maakt het uitermate geschikt voor integratie in draagbare apparaten."

Een andere belangrijke prestatie was het creëren van het holografische apparaat in een golfgeleiderstructuur. "Anderen die hebben geprobeerd veelkleurige computergegenereerde hologrammen te maken, gebruikten geen golfgeleider, waardoor het een uitdaging is om de structuur in een apparaat te integreren, " zei David R. Smith, leider van het onderzoeksteam. "Ons ontwerp biedt een eenvoudigere en flexibelere integratie met een vormfactor die klein genoeg is voor augmented reality en andere schermen."

Kleurenafbeeldingen in één stap

De onderzoekers gebruikten hun nieuwe holografische methode om interferentiepatronen te coderen voor statische veelkleurige hologrammen van een appel, een bloem en een vogel. De resulterende holografische beelden kwamen allemaal goed overeen met theoretische voorspellingen. Hoewel ze zeer kleine hologrammen maakten voor de demonstratie, de onderzoekers zeggen dat de techniek gemakkelijk kan worden opgeschaald om grotere schermen te creëren. Ze zijn ook van mening dat hun aanpak kan worden geïntegreerd met bestaande technologieën, zoals die worden gebruikt om lcd-schermen te maken, om dynamische beelden te creëren.

De onderzoekers werken nu aan het optimaliseren van de technologie door het licht te verminderen dat verloren gaat door de structuren die de hologrammen coderen. Ze wijzen er ook op dat het opnemen van de structuren in een enkel geïntegreerd apparaat met lasers nodig zou zijn om de techniek praktisch te maken.