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多色全息技术可以实现极其紧凑的3D显示

2019-05-11 10:38:39   来源:

研究人员开发了一种新的多色全息方法,可用于制作增强现实眼镜,智能手机或平视显示器的3D彩色显示器,而无需任何笨重的光学元件。

在Optica,光学学会的高影响力研究期刊上,来自美国杜克大学的研究人员描述了他们如何将多色图像编码到2D波导结构中的300×300微米全息图上,这是一种非常薄的引导光的结构。当光栅耦合器被红色,绿色和蓝色光照射时,计算机生成的全息图产生复杂的多色全息图像。

“全息图可以直接浮雕到增强现实眼镜的镜片上,直接将图像投射到眼睛的瞳孔中,而不需要任何笨重的镜片,分束器或棱镜,”研究团队成员Daniel L. Marks说。“它还可以用于将智能手机的3D图像投影到墙壁或附近的表面上。”

新的制造方法在与集成光子学技术兼容的材料中编码全息图。这意味着全息装置易于大规模制造,采用与制造计算机芯片相同的制造方法。全息图产生元件可以结合到基于芯片的微型设备中,该设备还容纳创建3D图像所需的光源。

从一种颜色到三种颜色

新的多色全息技术基于计算机生成的全息图。与需要物理对象和激光束来形成形成全息图像所必需的干涉图案的传统全息术不同,计算机生成的全息术以数字方式产生干涉图案。

计算机生成的全息图提供高分辨率的3D图像,但已证明难以用多种颜色创建它们。杜克团队通过制造光栅 - 一系列条纹 - 以及由称为光致抗蚀剂的光敏材料制成的波导中的二元全息图克服了这一挑战。他们开发了一种将红色,绿色和蓝色的干涉图案集成到单个二进制全息图案中的方法。

“制作多色显示器的一个难点是将颜色组合起来,然后精确地将它们分开以生成全彩色图像,”该论文的第一作者黄志勤说。“采用我们的方法,这一切都在一个表面上完成,没有任何分束器或棱镜。这使得它非常适合集成到便携式设备中。”

另一个重要成就是在波导结构中创建全息设备。“试图创建多色计算机生成的全息图的其他人没有使用波导,这使得将结构集成到设备中成为一项挑战,”研究团队负责人David R. Smith说。“我们的设计提供了更简单,更灵活的集成,其外形尺寸足够小,可用于增强现实和其他显示器。”

单步彩色图像

研究人员使用他们的新全息方法编码苹果,花和鸟的静态多色全息图的干涉图案。得到的全息图像与理论预测完全匹配。尽管他们为演示制作了非常小的全息图,但研究人员表示,该技术可以轻松扩展以创建更大的显示器。他们还认为,他们的方法可以与现有技术相结合 - 例如用于制造液晶显示器的技术 - 来创建动态图像。

研究人员正在努力通过减少编码全息图的结构所损失的光来优化技术。他们还指出,将这些结构整合到一个带有激光器的集成器件中是必要的,以使该技术切实可行。