Voor het eerst hebben onderzoekers vloeibare kristallen gebruikt om een ​​plat magisch venster te creëren - een transparant apparaat dat een verborgen beeld produceert wanneer er licht op schijnt. De technologie vertegenwoordigt een nieuwe draai aan een zeer oude lichte truc.

Duizenden jaren geleden maakten ambachtslieden in China en Japan bronzen spiegels die eruitzagen als een normale platte spiegel terwijl ze naar iemands reflectie keken, maar een ander beeld vormden wanneer ze door direct zonlicht werden geraakt. Het duurde tot het begin van de 20e eeuw voordat wetenschappers begrepen dat deze apparaten werken omdat een beeld dat in de achterkant van de spiegel wordt gegoten, kleine oppervlaktevariaties veroorzaakt die ervoor zorgen dat het beeld wordt gevormd - en het duurde tot nu voordat ingenieurs hetzelfde principe toepasten op vloeistof kristallen voor hightech displays.

"Het magische venster dat we hebben gemaakt, lijkt perfect vlak voor het blote oog, maar heeft in feite kleine variaties die een beeld creëren als reactie op licht", zei onderzoeksteamleider Felix Hufnagel van de Universiteit van Ottawa. "Door het raam relatief glad te ontwerpen, kan het beeld dat wordt gecreëerd over een groot aantal afstanden vanaf het raam worden gezien."

In Optica journal, Hufnagel en collega's beschrijven het proces dat ze hebben ontwikkeld voor het maken van transparante vloeibare kristallen magische vensters die elk gewenst beeld kunnen produceren. Het proces kan ook worden gebruikt om magische spiegels te maken die licht reflecteren in plaats van door te laten om een ​​afbeelding te creëren.

"Het gebruik van vloeibare kristallen om magische vensters of spiegels te maken, zou het ooit mogelijk kunnen maken om een ​​herconfigureerbare versie te maken voor het produceren van dynamische artistieke magische vensters of films", zei Hufnagel. "De mogelijkheid om een ​​lange scherptediepte te verkrijgen, zou de benadering ook nuttig kunnen maken voor 3D-schermen die stabiele 3D-beelden produceren, zelfs wanneer ze vanaf verschillende afstanden worden bekeken."

Magie creëren met vloeibare kristallen

Hoewel wetenschappers al tientallen jaren begrijpen dat de oude bronzen magische spiegels beelden vormden als gevolg van kleine oppervlaktevariaties, duurde het tot 2005 voordat Michael Berry, een wiskundig fysicus aan de Universiteit van Bristol in het VK, de wiskundige basis voor dit effect vond. . Later breidde hij deze kennis uit om een ​​theoretische basis te ontwikkelen voor transparante magische vensters naast reflecterende magische spiegels. Dit werk inspireerde Hufnagel en collega's om een ​​magisch venster te maken op basis van vloeibare kristallen.

Vloeibare kristallen zijn materialen die kunnen stromen als een conventionele vloeistof, maar moleculen hebben die kunnen worden georiënteerd als een vast kristal. In het nieuwe werk gebruikten de onderzoekers een aangepaste versie van een bekend fabricageproces dat een specifiek vloeibaar-kristalpatroon produceert waarmee een gewenst beeld kan worden gecreëerd wanneer het wordt verlicht.

Ze gebruikten een Pancharatnam-Berry Optical Element (PBOE), een vloeibaar-kristalapparaat dat werkt volgens een bekend principe dat de Pancharatnam-Berry-fase wordt genoemd. Door de oriëntatie van vloeibaar-kristalmoleculen in dit apparaat te veranderen, konden de onderzoekers de eigenschappen van het licht veranderen terwijl het door het apparaat reist, pixel voor pixel.

Stabiele beelden over meerdere afstanden

"Op conceptueel niveau was de door Berry ontwikkelde theorie behulpzaam bij het bepalen hoe deze vloeibare kristallen moeten worden georiënteerd om een ​​beeld te creëren dat stabiel is over een grote afstand," zei Hufnagel. "Ons gebruik van platte optische elementen en een vloeibaar kristalpatroon met zachte variaties voorgeschreven door Berry's Laplace-beeldtheorie zorgt ervoor dat de magische vensters normaal of vlak lijken als je er doorheen kijkt."

Na het vervaardigen van een magische spiegel en raam, gebruikten de onderzoekers een camera om de lichtintensiteitspatronen te meten die door beide apparaten werden geproduceerd. Wanneer ze werden belicht met een laserstraal, produceerden zowel de spiegel als het raam een ​​zichtbaar beeld dat stabiel bleef, zelfs als de afstand tussen de camera en de spiegel of het raam veranderde. De onderzoekers toonden ook aan dat de apparaten beelden creëerden wanneer ze werden verlicht met een LED-lichtbron, wat praktischer zou zijn om te gebruiken in real-life toepassingen.

De onderzoekers werken nu aan het gebruik van hun fabricagebenadering om kwantummagische platen te maken. Twee van deze platen zouden bijvoorbeeld verstrengelde beelden kunnen creëren die men zou kunnen gebruiken om nieuwe kwantumbeeldvormingsprotocollen te bestuderen. Ze onderzoeken ook de mogelijkheid om magische vensters te fabriceren met behulp van andere benaderingen dan vloeibare kristallen. Het gebruik van diëlektrische meta-oppervlakken om een ​​apparaat met een magisch venster te maken, kan bijvoorbeeld de voetafdruk verkleinen en de bandbreedte vergroten. + Verder verkennen

Gestabiliseerde blauwe fasekristallen kunnen leiden tot nieuwe optische technologieën