Forskare har designat en ny chipbaserad enhet som kan forma och styra blått ljus utan rörliga delar. Enheten kan kraftigt minska storleken på ljusprojektionskomponenter som används för augmented reality och en mängd andra applikationer.

"Vår blå fasade array -plattform kan snabbt och exakt omkonfigurera synligt ljus för många nya applikationer, spänner över holografiska skärmar, kvantinformationsbehandling och biologisk avkänning och stimulering, "sa forskargruppens ledare Michal Lipson från Columbia University." Det banar väg för ljusskalig projektion över hela det synliga området med ett stort synfält och kan miniatyrera de nuvarande skrymmande optiska systemen. "

Lipson och kollegor beskriver den nya enheten i tidskriften The Optical Society (OSA) Optikbokstäver . Det är den första optiska fas-arrayen (OPA) i chipskala som arbetar vid blå våglängder med en kiselnitridplattform. OPA fungerar som omkonfigurerbara linser genom att möjliggöra godtyckliga omkonfigurationer av 3D-ljusmönster.

Den nya OPA utvecklades som en del av ett DARPA-finansierat projekt som syftar till att skapa en lätt, huvudmonterad display med låg effekt som projicerar synlig information på näthinnan med extremt hög upplösning och ett stort synfält. Denna typ av förstorad display är inte möjlig idag eftersom ljusprojektionskomponenterna som används för att forma och styra ljus är skrymmande och har ett begränsat synfält.

Fungerar i det synliga

OPA erbjuder ett alternativ till skrymmande ljusprojektionsenheter men tillverkas vanligtvis med kisel, som bara kan användas med nära-infraröda våglängder. Blå våglängder kräver OPA tillverkade av ett halvledarmaterial som kiselnitrid som arbetar vid synliga våglängder. Dock, tillverkning och materiella utmaningar har gjort en praktisk blå OPA svår att uppnå.

Forskarna optimerade nyligen kiselnitridframställningsprocesser för att övervinna denna utmaning. I det nya arbetet, de använde denna nya plattform för att skapa en chipbaserad OPA.

"Mindre våglängder sprider mer, vilket resulterar i högre ljusförlust om enhetstillverkningen inte är perfekt, "sa Min Chul Shin, medförfattare till tidningen. "Därför, Att demonstrera en OPA som fungerar med blå våglängder betyder att vi kan uppnå detta över hela det synliga området. "

Med de nya blå ljus OPA:erna, forskarna visade strålstyrning över ett 50-graders synfält. De visade också de potentiella fördelarna med denna typ av plattform för bildprojektion genom att generera 2-D-bilder av bokstäver.

"Alla marker vi har testat fungerade bra, "sa Aseema Mohanty, medförfattare till tidningen. "Storskalig integration av detta system kan åstadkommas med dagens litografi tekniker. Således, denna nya plattform introducerar en plattform för fullt omkonfigurerbar 3-D volymetrisk ljusprojektion i chipskala över hela det synliga området. "

Applikationer från datorer till biologi

Den nya blå OPA kan vara användbar för instängda jonkvantdatorer, som kräver lasrar i det synliga spektralområdet för optisk stimulering i mikronskala. Fångade jonkvantdatorer är bland de mest lovande praktiska konstruktionerna för kvantberäkning, en framväxande teknik som förväntas bli betydligt snabbare än traditionell dator.

De nya chipbaserade enheterna kan också användas för optogenetik, som använder synligt ljus för att styra neuroner och andra celler i levande vävnad. Till exempel, enheterna kan användas för att göra en implanterbar enhet för att stimulera ljuskänsliga taggar på neuroner i djurmodeller av sjukdomar.

Forskarna planerar att ytterligare optimera OPA:s elförbrukning eftersom lågeffektdrift är avgörande för lätta huvudmonterade förstorade verklighetsskärmar och optogenetiska applikationer.