Практически новый подход к голографическому видео может также позволить использовать двухмерные дисплеи с более высоким разрешением и меньшим энергопотреблением

Используя новую технику, Дэниел Смолли, аспирант Медиа-лаборатории и первый автор новой статьи, создает прототип цветного голографического видеодисплея, разрешение которого примерно соответствует разрешению телевизора стандартной четкости и который может обновлять видеоизображения 30. раз в секунду, достаточно быстро, чтобы создать иллюзию движения. Сердцем дисплея является оптический чип, напоминающий предметное стекло микроскопа, который Смолли построил, используя только средства Массачусетского технологического института, примерно за 10 долларов.
«Все остальное там стоит больше, чем чип», — говорит научный руководитель Смолли Майкл Бове, главный научный сотрудник Media Lab и глава ее Object-Based Media Group. "Источники питания там стоят дороже, чем чип. Пластик дороже чипа."

К Бову и Смолли в газете Nature присоединились два других аспиранта из группы Боува, Джеймс Барабас и Сандип Джолли, а также Куинн Смитвик, который в то время был постдоком в Массачусетском технологическом институте, а теперь является научным сотрудником Disney Research.
Когда свет падает на объект с неровной поверхностью, он отражается под огромным разнообразием углов, так что различные аспекты объекта раскрываются, когда он рассматривается с разных точек зрения. В голограмме луч света проходит через так называемую дифракционную полосу, которая изгибает свет так, что он тоже выходит под разными углами.

Один из способов создания голографического видео — создание дифракционных полос из узоров, отображаемых на прозрачном экране. Проблема с этим подходом, объясняет Бове, заключается в том, что пиксели дифракционной картины должны быть такими же маленькими, как длина волны света, который они изгибают, и «большинство технологий отображения не сжимаются так сильно."
Прочная основа

Стивен Бентон, профессор Media Lab, скончавшийся в 2003 году, создал один из первых голографических видеодисплеев, применив другую технику, называемую акустооптической модуляцией, при которой точно спроектированные звуковые волны отправляются через кусок прозрачного материала. «Волны в основном сжимают и растягивают материал, и они изменяют его показатель преломления», — говорит Бове. "Итак, если вы направите через него лазер, [волны] рассеивают его."
Самый сложный дисплей Бентона — Mark-II, который был построен с помощью группы Бове, — применял акустооптическую модуляцию к кристаллу из дорогостоящего материала, называемого диоксидом теллура. «Это был самый большой кристалл диоксида теллура, который когда-либо выращивали», — говорит Бове. "И это было не разрешение телевизора. Так что там была определенная проблема с масштабированием."
Вместо этого Смолли использует кристалл гораздо меньшего размера из материала под названием ниобат лития.

Прямо под поверхностью кристалла он создает микроскопические каналы, известные как волноводы, которые ограничивают проходящий через них свет. На каждый волновод он также наносит металлический электрод, который может создавать акустическую волну.
Каждому волноводу соответствует одна строка пикселей в конечном изображении.

В Mark-II кристалл диоксида теллура должен был быть достаточно большим, чтобы акустические волны, образующие отдельные линии голограммы, были изолированы друг от друга. В чипе Смолли, с другой стороны, волноводы с отдельными электродами могут быть упакованы на расстоянии всего микрометра друг от друга.
Лучи красного, зеленого и синего света направляются по каждому волноводу, а частоты акустической волны, проходящей через кристалл, определяют, какие цвета проходят, а какие отфильтровываются. Комбинирование, скажем, красного и синего для получения пурпурного не требует отдельного волновода для каждого цвета; просто требуется другой рисунок акустической волны.

Пункты продажи
Бове считает, что самым захватывающим аспектом нового чипа. «До сих пор, если вы хотели сделать модулятор света для видеопроектора или ЖК-панель для телевизора или что-то в этом роде, вам приходилось иметь дело с красным, зеленым и синим светом отдельно», — сказал он. говорит. "Если вы внимательно посмотрите на ЖК-панель, в каждом пикселе на самом деле есть три маленьких цветных фильтра. Есть красный субпиксель, зеленый субпиксель и синий субпиксель."
«Во-первых, — продолжает он, — это неэффективно, потому что фильтры, даже если бы они были идеальными, отбрасывали бы две трети света.

Но во-вторых, это снижает либо разрешение, либо скорость, с которой может работать модулятор."
По словам Смолли, с другой стороны, «что наиболее захватывающе в [новом чипе], так это то, что это платформа на основе волновода, которая является серьезным отличием от всех других типов пространственных модуляторов света, используемых в настоящее время для голографического видео.«Волноводы уже стали обычным явлением в коммерческой оптоэлектронике, — объясняет Смолли, и методы их производства хорошо известны. «Одним из больших преимуществ здесь является то, что вы можете использовать все инструменты и методы интегрированной оптики», — говорит он. «С любой проблемой, с которой мы собираемся столкнуться сейчас в голографических видеодисплеях, мы можем быть уверены, что есть набор инструментов для ее решения, относительно просто."
«Это может изменить правила игры, и я серьезно к этому отношусь», — говорит Пьер Бланш, доцент-исследователь в Университете Аризоны, который также занимается исследованиями голографического видео. "Это огромное достижение."
Емкость голографических видеодисплеев измеряется в соответствии с так называемым произведением ширины полосы пропускания (SB), объясняет Бланш. «Продукт SB — это произведение количества пикселей и их пространственной частоты, обратное их размеру», — говорит он. "Итак, мы ищем большое количество очень маленьких пикселей.

Большое количество пикселей бесполезно, если они большие."
«Уже с акустооптическим модулятором, который профессор Бентон использовал в прошлом, у вас был хороший продукт с пространственной полосой пропускания, но пиксели были большими, и они не могли хорошо сочетаться друг с другом», — говорит Бланш. "[Смолли и Бове] улучшают произведение ширины полосы пропускания в 500 раз, что на самом деле — вау."
Бланш говорит, что экспериментальная голографическая видеосистема, которую он и Нассер Пейгамбарян, заведующий кафедрой фотоники и лазеров в Аризоне, разрабатывают, имеет некоторые преимущества по сравнению с системой Массачусетского технологического института. «Наши изображения по-прежнему имеют лучшее качество», — говорит он. "Но они достигают скорости видео, а у нас нет. Это очень волнующее время для нас."

Портал обо всем