Forskare har utvecklat ett nytt tillvägagångssätt för flerfärgad holografi som kan användas för att göra 3D-färgskärmar för augmented reality-glasögon, smartphones eller head-up-skärmar utan skrymmande optiska komponenter.

I Optica , The Optical Society's journal for high impact research, forskare från Duke University, USA beskriver hur de kodade en mångfärgad bild på ett 300 x 300 mikron hologram i en 2-D vågledarstruktur, en mycket tunn struktur som styr ljuset. Det datorgenererade hologramet ger komplexa flerfärgade holografiska bilder när gallerkopplaren lyser med rött, grönt och blått ljus.

"Hologrammet kunde präglas direkt på linserna på augmented reality -glasögon för att projicera en bild direkt i ögonets pupill utan att behöva några skrymmande linser, stråldelare eller prismor, "sa Daniel L. Marks, medlem i forskargruppen. "Den kan också användas för att projicera en 3D-bild från en smartphone på en vägg eller en närliggande yta."

Den nya tillverkningsmetoden kodar för hologram i ett material som är kompatibelt med integrerad fotonik -teknik. Detta innebär att de holografiska anordningarna är lätta att masstillverka med samma tillverkningsmetoder som används för att göra datorchips. De hologramproducerande elementen kan införlivas i små chipbaserade enheter som också rymmer de ljuskällor som krävs för att skapa 3D-bilder.

Från en färg till tre

Den nya flerfärgade holografitekniken är baserad på datorgenererade hologram. Till skillnad från traditionell holografi, som kräver ett fysiskt föremål och laserstrålar för att skapa det interferensmönster som är nödvändigt för att bilda en holografisk bild, datorgenererad holografi genererar interferensmönster digitalt.

Datorgenererade hologram ger högupplösta 3D-bilder, men det har visat sig svårt att skapa dem i mer än en färg. Duke-teamet övervann denna utmaning genom att tillverka ett galler-en rad fransar-och ett binärt hologram i en vågledare gjord av ett ljuskänsligt material som kallas fotoresist. De utvecklade ett sätt att integrera interferensmönstren för rött, grönt och blått till ett enda binärt hologrammönster.

"En av de svåra delarna med att skapa en mångfärgad skärm är att kombinera färgerna och sedan separera dem exakt för att skapa en fullfärgsbild, "sade Zhiqin Huang, tidningens första författare. "Med vårt tillvägagångssätt görs allt i ett steg på en enda yta utan stråldelare eller prismor. Detta gör det extremt mottagligt för integration i bärbara enheter."

En annan viktig prestation var att skapa den holografiska enheten i en vågledarstruktur. "Andra som har försökt skapa flerfärgade datorgenererade hologram använde inte en vågledare, vilket gör det till en utmaning att integrera strukturen i en enhet, "sa David R. Smith, ledare för forskargruppen. "Vår design erbjuder enklare och mer flexibel integration med en formfaktor som är tillräckligt liten för augmented reality och andra skärmar."

Enstegsfärgbilder

Forskarna använde sin nya holografimetod för att koda interferensmönster för statiska flerfärgade hologram av ett äpple, en blomma och en fågel. De resulterande holografiska bilderna matchade alla bra med teoretiska förutsägelser. Även om de tillverkade mycket små hologram för demonstrationen, forskarna säger att tekniken lätt kan skalas upp för att skapa större skärmar. De tror också att deras tillvägagångssätt skulle kunna införlivas med befintlig teknik - till exempel den som används för att göra flytande kristallskärmar - för att skapa dynamiska bilder.

Forskarna arbetar nu med att optimera tekniken genom att minska ljuset som förloras av strukturerna som kodar för hologrammen. De påpekar också att det skulle vara nödvändigt att integrera strukturerna i en enda integrerad enhet med lasrar för att göra tekniken praktisk.