(Phys.org) —Hologram har väckt stor uppmärksamhet för deras förmåga att producera en realistisk 3D -bild av ett objekt genom att spela in objektets ljusfält och senare rekonstruera ljusfältet på en 2D -yta. Nu har forskare tillverkat ett hologram med hjälp av metamaterial som kan producera dubbla holografiska bilder av olika färger på en enda yta. De två bilderna genereras av två ortogonala polarisationer, medan färgerna produceras av hologramets breda våglängdsintervall.

Forskarna, Wei Ting Chen, et al., från institutioner i Taiwan, USA, Kina, och Singapore, har publicerat en artikel om meta-hologrammet i ett färskt nummer av Nanobokstäver .

Forskarna förklarar att nuvarande hologramteknologi är begränsad av materialen, som endast fungerar i en liten del av det elektromagnetiska spektrumet. Nyligen, forskare har vänt sig till metamaterial, artificiellt konstruerade material med subvåglängdsstrukturer, att skapa hologram eftersom de fungerar över ett bredare frekvensområde. Dock, metamaterial är skrymmande, vilket betyder att ljus måste resa en lång sträcka genom dem. Mycket av ljuset absorberas, vilket resulterar i låg effektivitet för bildrekonstruktioner.

Här, forskarna har tillverkat ett hologram baserat på en underkategori av metamaterial som kallas metasurfaser, som är 2D och därför tunnare än typiska 3D-metamaterial. De resulterande meta-hologrammen har den högsta effektiviteten, 18 % (definierad som den totala effekten av den rekonstruerade bilden dividerad med effekten av den infallande lasern), av alla hologram som gjorts med metamaterial hittills.

Meta-hologrammet består av många små guld nanocrosses. Varje pixel i metahologrammet på 100 x 100 pixlar är konstruerad med en 6 x 6 array av guld nanorods, och nanorodpixlarna i den andra bilden vänds vinkelrätt mot den första, vilket resulterar i en 6 x 6 array av guld nanocrosses. Eftersom längden på varje nanorod bestämmer fasen för ljusvågorna, forskarna konstruerade nanoroder av fyra olika längder, ger 16 kombinationer, för att uppnå fyra faser. Designen visar att inställning av de geometriska parametrarna för metaytan tillåter att fasen av de elektromagnetiska vågorna moduleras över ett brett frekvensområde.

"Med ett brett operationsvåglängdsområde, hologrammet har hög potential som ett fullfärgshologram, "medförfattare Din Ping Tsai, Direktör för forskningscentret för tillämpad vetenskap vid Academia Sinica i Taipei, Taiwan, berättade Phys.org . Tsai är också fysikprofessor vid National Taiwan University i Taipei, Taiwan.

"De två bilderna genereras av två ortogonala polarisationer. Därför, vi designade helt enkelt bilderna av ett objekt med två olika betraktningsvinklar under belysningen av två ortogonala polarisationer. Bilderna kommer att bli 3D när tittaren bär konventionella polariserande 3D-glasögon. Denna design ökar mängden information som lagras i vårt föreslagna hologram, eftersom informationen kan läsas upp av ett par vinkelrätt polariserade infallsvågor, vilket är mycket användbart för visning och datalagring."

För att demonstrera meta-hologrammet, forskarna rekonstruerade bilderna "NTU" (National Taiwan University i Taipei, Taiwan) och "RCAS" (Research Center for Applied Sciences vid Academia Sinica i Taipei, Taiwan), ursprungligen tagen av en CCD-kamera under x- och y-polariserat ljus, respektive. De kunde rekonstruera bilderna med olika våglängder av ljus, demonstrerar bredbandsfunktionaliteten hos meta-hologrammet. Som visas i videorna, bilderna kan rekonstrueras individuellt genom kontrollerad polarisering av lasrarna. Dessutom, bilderna kan också rekonstrueras av en osammanhängande ljuskälla.

Forskarna förväntar sig att meta-hologrammets effektivitet kan förbättras ytterligare genom att använda mer än fyra olika längder av nanorods för att öka antalet fasnivåer.

"Vår framtida forskningsplan är att utveckla ett hologram med RGB-färger och aktiva fasstyrda enheter med en switchfrekvens som är mycket större än den för en rumslig ljusmodulator, " sa Tsai.

© 2014 Phys.org. Alla rättigheter förbehållna.