Технология зависит от способности тщательно спроектированной поверхности по-разному отражать свет в зависимости от угла, под которым падающий свет падает на эту поверхность.Голограммы — это трехмерные изображения, закодированные на двумерных поверхностях. Когда поверхность освещается лазером, кажется, что изображение отрывается от поверхности и становится видимым.
Традиционно угол, под которым лазерный луч падает на поверхность, не имел значения — одно и то же изображение будет видно независимо. Это означает, что как бы вы ни освещали поверхность, вы создадите только одну голограмму.Под руководством Андрея Фараона, доцента прикладной физики и материаловедения Отдела инженерии и прикладных наук, команда разработала поверхности из оксида кремния и алюминия, усеянные десятками миллионов крошечных кремниевых столбиков высотой всего в сотни нанометров. (В масштабе прядь человеческого волоса имеет ширину 100 000 нанометров.) Каждый наностержень по-разному отражает свет из-за различий в его форме и размере, а также в зависимости от угла падающего света.Это последнее свойство позволяет каждому сообщению действовать как пиксель на нескольких изображениях: например, действовать как черный пиксель, если падающий свет падает на поверхность под углом 0 градусов, и как белый пиксель, если входящий свет падает на поверхность под углом 30 градусов.
«Каждый пост может выполнять двойную функцию. Таким образом мы можем закодировать более одного изображения на одной поверхности без потери разрешения», — говорит Фараон (BS ’04), старший автор статьи о новом материале. опубликовано Physical Review X 7 декабря.
«Предыдущие попытки кодировать два изображения на одной поверхности означали расположение пикселей для одного изображения бок о бок с пикселями для другого изображения. Это первый раз, когда мы знаем, что все пиксели на поверхности доступны для каждого имидж ", — говорит он.В качестве доказательства концепции Фараон и аспирант Калифорнийского технологического института Сейеде Махса Камали (MS ’17) спроектировали и построили поверхность, которая при прямом освещении лазером (таким образом, при 0 градусах) проецирует голограмму логотипа Калифорнийского технологического института, но при освещении от под углом 30 градусов проецируется голограмма логотипа Департамента энергетических взаимодействий света и материалов в исследовательском центре Energy Frontier, главным исследователем которого является Фараон.Процесс был трудоемким. «Мы создали библиотеку нанопостов с информацией о том, как каждая форма отражает свет под разными углами.
На основе этого мы собрали два изображения одновременно, пиксель за пикселем», — говорит Камали, первый автор статьи Physical Review X.Теоретически можно было бы даже закодировать три или более изображений на одной поверхности, хотя в определенный момент будут существовать фундаментальные и практические ограничения.
Например, Камали говорит, что разница в угле падающего света на один градус, вероятно, не может быть достаточной для создания нового высококачественного изображения. «Мы все еще изучаем, насколько далеко может зайти эта технология», — говорит она.Практическое применение этой технологии включает усовершенствования гарнитур виртуальной и дополненной реальности. «Мы все еще далеки от того, чтобы увидеть это на рынке, но это важная демонстрация того, что возможно», — говорит Фараон.