Ett team på Caltech har hittat ut ett sätt att koda mer än en holografisk bild på en enda yta utan att förlora upplösning. Den tekniska bedriften kullkastar ett sedan länge hållet antagande om att en enda yta bara skulle kunna projicera en enda bild oavsett belysningsvinkeln.

Tekniken bygger på förmågan hos en noggrant konstruerad yta att reflektera ljus olika beroende på vinkeln med vilken inkommande ljus träffar den ytan.

Hologram är tredimensionella bilder kodade i tvådimensionella ytor. När ytan är upplyst med laser, bilden verkar hoppa av ytan och blir synlig. Traditionellt, vinkeln med vilken laserljus träffar ytan har varit irrelevant – samma bild kommer att vara synlig oavsett. Det betyder att oavsett hur du belyser ytan, du kommer bara att skapa ett hologram.

Leds av Andrei Faraon, biträdande professor i tillämpad fysik och materialvetenskap vid avdelningen för teknik och tillämpad vetenskap, teamet utvecklade kiseloxid- och aluminiumytor översållade med tiotals miljoner små kiselstolpar, var och en bara hundratals nanometer hög. (För skala, ett hårstrå är 100, 000 nanometer bred.) Varje nanopost reflekterar ljus på olika sätt på grund av variationer i dess form och storlek, och baserat på vinkeln för inkommande ljus.

Den sista egenskapen tillåter varje inlägg att fungera som en pixel i mer än en bild:till exempel, fungerar som en svart pixel om inkommande ljus träffar ytan med 0 grader och en vit pixel om inkommande ljus träffar ytan med 30 grader.

"Varje inlägg kan göra dubbelt arbete. Det är så vi kan ha mer än en bild kodad i samma yta utan att förlora upplösning, " säger Faraon (BS '04), senior författare till en artikel om det nya materialet publicerat av Fysisk granskning X den 7 december.

"Tidigare försök att koda två bilder på en enda yta innebar att man ordnade pixlar för en bild sida vid sida med pixlar för en annan bild. Detta är första gången vi är medvetna om att alla pixlar på en yta har varit tillgängliga för varje bild, " han säger.

Som ett bevis på konceptet, Faraon och Caltech doktorand Seyedeh Mahsa Kamali (MS '17) designade och byggde en yta som när den belyses med laser rakt på (därav, vid 0 grader) projicerar ett hologram av Caltech-logotypen men när det belyses från en vinkel på 30 grader projicerar ett hologram av logotypen för Institutionen för energifinansierade ljus-materialinteraktioner i Energy Conversion Energy Frontier Research Center, där Faraon är huvudutredare.

Processen var arbetsintensiv. "Vi skapade ett bibliotek av nanoposter med information om hur varje form reflekterar ljus i olika vinklar. Baserat på det, vi satte ihop de två bilderna samtidigt, pixel för pixel, säger Kamali, den första författaren till Physical Review X-uppsatsen.

Teoretiskt sett, det skulle till och med vara möjligt att koda tre eller flera bilder på en enda yta – även om det kommer att finnas grundläggande och praktiska begränsningar vid en viss punkt. Till exempel, Kamali säger att en enda grad av skillnad i vinkeln på infallande ljus förmodligen inte kan räcka för att skapa en ny högkvalitativ bild. "Vi undersöker fortfarande hur långt den här tekniken kan gå, " hon säger.

Praktiska tillämpningar för tekniken inkluderar förbättringar av virtuell verklighet och augmented-reality headset. "Vi är fortfarande långt ifrån att se detta på marknaden, men det är en viktig demonstration av vad som är möjligt, " säger Faraon.