11 Mart 2024 (Nanowerk Gündemi) Üç boyutlu görüntüleri yeniden oluşturmak için ışığı kullanma tekniği olan holografi, uzun süredir hem bilim adamlarının hem de halkın hayal gücünü meşgul ediyor. Hologramlar, bir nesneden yansıyan ışığın dalga formunun tamamını kaydedip daha sonra yeniden oluşturarak, izleyicinin konumuna göre perspektifi değiştiren ve değiştiren görüntüler sergileyebilir ve etkileyici bir derinlik yanılsaması yaratabilir. Dinamik, tam renkli holografik görüntüler oluşturmak için bu yetenekten yararlanma hayali, onlarca yıllık araştırmayı yönlendirdi ancak inatla ulaşılamaz kaldı. Buradaki zorluk, bir hologram oluşturmak için ışık dalgalarının ışığın dalga boyundan daha küçük ölçeklerde hassas bir şekilde kontrol edilmesi gerektiği gerçeğinde yatmaktadır. Geleneksel holografi, girişim desenlerini kaydetmek için ışığa duyarlı malzemelerden yapılmış filmlerin kullanılmasına dayanır; bu da ışık dalga cephesini yeniden üretebilir ve holografik bir görüntü oluşturabilir. Ancak bu yaklaşım kolaylıkla değiştirilemeyen statik hologramlar üretir. Son zamanlarda bilim insanları, çubuk şeklindeki moleküllerin düzenli yapılar halinde kendiliğinden hizalandığı malzemeler olan sıvı kristalleri dinamik holografik ortam olarak kullanmayı denediler. Elektrik alanlarının uygulanması, sıvı kristal moleküllerin yönünü değiştirebilir, ışıkla nasıl etkileşime girebileceklerini değiştirebilir ve potansiyel olarak holografik görüntünün ayarlanmasına izin verebilir. Ancak şimdiye kadar sıvı kristal bazlı holografi sınırlamalarla karşı karşıyaydı. Çoğu yaklaşım, statik desenli yüzeylerin üzerine sıvı kristalleri katmanlar veya meta yüzeyler Işık dalgalarının fazını belirli şekillerde değiştirmek için tasarlanmıştır. Bu hibrit sıvı kristal-metayüzey sistemleri bir miktar ayarlanabilirlik sağlarken, bunların imalatı karmaşıktır ve sıvı kristal katman tipik olarak önceden tanımlanmış faz modeline yalnızca tekdüze değişiklikler verebilir. Bu, görüntü oluşumunu kısıtlar ve tamamen rastgele holografik görüntülerin yansıtılmasını önler. Çok yönlü ve dinamik holografi yapabilen bir sıvı kristal sistemi oluşturmak, karşılanmayan bir ihtiyaç olarak kaldı. Ta ki Çin ve Singapur'daki üç üniversiteyi kapsayan bir araştırma ekibinin çığır açan yeni bir araştırmasına kadar. Dergide bildirildiğine göre eIşık (“Vektörel sıvı kristal holografi”), bilim adamları, görünür renk spektrumunun tamamını kapsayan tamamen rastgele dinamik holografik görüntüler üretebilen ilk tek katmanlı sıvı kristal cihazı geliştirdiler. "Vektörel holografi" adını verdikleri yeni yaklaşımları, sonunda pratik holografik gösterimleri mümkün kılma potansiyeline sahip.
Skaler ve vektörel LC-holografinin şematik çizimleri. a Skaler LC-holografi. Holografik görüntü (bir kedi), LCP ışığıyla aydınlatıldığında rastgele bir faz dağılımıyla yeniden oluşturulur. b Vektörel LC-holografi. LCP ve RCP'ye yönelik LC hologramlarını, mavi ve kırmızı LC direktörleriyle gösterilen tek bir LC katmanına uzamsal olarak çoğullarız. Doğrusal polarize ışıkla aydınlatıldığında uzaysal olarak değişken genliklere ve faz farklılıklarına sahip iki bağımsız holografik görüntü (kuyruksuz bir kedi ve kafasız bir kedi) oluşturulur. Bu iki görüntü kısmen örtüşüyor. Vektörel model hem faz farkı dağılımı hem de genlik oranı tarafından belirlenir. eLight, (CC BY 4.0) Ekibin yenilikçiliğinin anahtarı, tek bir katman içinde sıvı kristal moleküller üzerinde piksel piksel bazında tam kontrol sahibi olmanın bir yolunu geliştirmekti. Bunu, dinamik bir fotomask olarak bir dijital mikro ayna cihazı kullanarak başardılar; bu cihaz, sıvı kristal katman boyunca bir milyondan fazla noktada moleküler yönelimi yaklaşık bir mikrometre çözünürlükle kesin olarak tanımlamalarına olanak sağladı. Araştırmacılar, bir voltaj uygulandığında her piksele verilen oryantasyon açısını ve bunun sonucunda ortaya çıkan faz kaymasını eşzamanlı olarak kontrol ederek, her noktada dalga cephesinin hem genliği hem de polarizasyonu üzerinde tam kontrole sahip bir hedef ışık alanını holografik olarak tanımlayabildiler.
Bu yaklaşımı kullanarak bilim insanları, biri sol dairesel polarize ışık, diğeri sağ dairesel polarize ışık için olmak üzere tamamen bağımsız iki holografik görüntü oluşturmayı başardılar. Daha sonra, yeni geliştirilen bir hologram hesaplama algoritmasını kullanarak bu iki görüntüyü ustaca tek bir sıvı kristal modelinde birleştirdiler. Her iki polarizasyondaki ışıkla aydınlatıldığında, bu birleşik hologram bir tarafta söz konusu el için hedef görüntüyü üretir, ancak ikisi arasında eşit ve zıt faz kayması vardır. Böylece ışığın polarizasyonu, giden dalga cephesindeki her noktada tanımlanmış bir şekilde dönüştürülür.
Araştırmacılar, her iki dairesel polarizasyonun eşit karışımını içeren giriş ışığını kullanarak, iki holografik görüntünün girişim yapmasını sağlayarak, onlara her noktada ortaya çıkan polarizasyon üzerinde etkili bir şekilde piksel düzeyinde kontrol sağlayabilirler; buna herhangi bir açıda doğrusal polarizasyon noktaları oluşturma yeteneği de dahildir. . İki dairesel polarizasyon arasındaki genlik ve faz ilişkisi, hologram geçilirken olası tüm polarizasyonların grafiksel bir temsili olan Poincaré küresi üzerinde bir yol izleyen bir polarizasyon durumunu tanımlar.
Bu kutuplaşma kontrolünü ek bir özgürlük derecesi olarak kullanan ekip, birçok dikkate değer yetenek sergiledi. Akrep ve yelkovanın zıt dairesel kutuplaşmalarla yansıtıldığı, sayıların ise farklı açılarda belirli doğrusal kutuplaşmalar olarak kodlandığı ve tam zamanı yalnızca kutuplaşma analiziyle ortaya çıkacak şekilde şifrelediği bir saatin holografik görüntüsünü yarattılar. Daha da çarpıcı olanı, hem mekansal olarak değişen genliğin hem de kutuplaşmanın eş zamanlı olarak tamamen keyfi bir şekilde kontrol edildiği, ayın holografik görüntülerini ürettiler.
Bilim insanları, bir elektrik alanı uygulayarak, sıvı kristal moleküllerin dinamik tepkisi sayesinde bu holografik projeksiyonları gerçek zamanlı olarak ayarlayıp değiştirebildiler. Hatta, farklı zamansal çerçevelerin doğrusal polarizasyon kanallarında çoğullandığı ve bir polarizasyon analizörünün döndürülmesiyle sırayla görüntülenebildiği, serbest vuruş yapan bir futbolcunun holografik videosunu bile oluşturdular. Giriş ışığının %60'ından fazlasının tüm görünür spektrum boyunca istenen holografik dalga cephesine dönüştürülmesiyle tüm sistemin oldukça verimli olduğu kanıtlandı; bu, metayüzey tabanlı yaklaşımların dar bant doğasına göre önemli bir ilerlemedir.
Bu çığır açıcı çalışmayla araştırmacılar, sıvı kristal holografi için tamamen yeni bir paradigmanın kapısını araladılar. Polarizasyon çoğullama yaklaşımı, hologramların bilgi kapasitesini katlanarak genişletir ve yeniden oluşturulan ışık alanları üzerinde tam kontrol sağlar. Tek katmanlı tasarımlarının sadeliği, sıvı kristallerin hızlı tepkisi ve geniş bant kapasitesi ile birleştiğinde, platformları dinamik holografik görüntüler oluşturmak için benzersiz bir şekilde uygun hale geliyor. Gerçek zamanlı, tam renkli holografik video artık elinizin altında.
İleriye baktığımızda, araştırmacılar vektörel holografi teknolojileri için geniş bir uygulama yelpazesi öngörüyorlar. Şifrelenmiş holografik görüntüler, güvenlik ve sahteciliğe karşı çok yönlü yeni bir platform olarak kullanılabilir. Holografik projeksiyonlar yeni artırılmış ve sanal gerçeklik görüntülerini mümkün kılabilir. Hem ışığın genliğinin hem de polarizasyonunun keyfi kontrolü, biyolojik araştırma ve nano montaj için yeni türde optik tuzaklara ve manipülasyonlara olanak sağlayabilir. Ekip üretim sürecini geliştirip sıvı kristal hologramlarının boyutunu büyüttükçe, bunlar ve daha birçok olasılık gerçeğe dönüşmeye hazırlanıyor.
Holografik ışık alanları üzerinde tam dinamik kontrol sağlayabilen ilk tek katmanlı sıvı kristal cihazın geliştirilmesi, tartışmasız bir dönüm noktası niteliğindeki başarıdır. Araştırmacılar, sıvı kristallerin sıvı doğasından tam olarak yararlanarak ve genlik ile polarizasyon kontrolünü birleşik bir çerçevede birleştirerek, sıvı kristal holografiyle daha önce imkansız olduğu düşünülen şeyi başardılar.
Skaler ve vektörel LC-holografinin şematik çizimleri. a Skaler LC-holografi. Holografik görüntü (bir kedi), LCP ışığıyla aydınlatıldığında rastgele bir faz dağılımıyla yeniden oluşturulur. b Vektörel LC-holografi. LCP ve RCP'ye yönelik LC hologramlarını, mavi ve kırmızı LC direktörleriyle gösterilen tek bir LC katmanına uzamsal olarak çoğullarız. Doğrusal polarize ışıkla aydınlatıldığında uzaysal olarak değişken genliklere ve faz farklılıklarına sahip iki bağımsız holografik görüntü (kuyruksuz bir kedi ve kafasız bir kedi) oluşturulur. Bu iki görüntü kısmen örtüşüyor. Vektörel model hem faz farkı dağılımı hem de genlik oranı tarafından belirlenir. eLight, (CC BY 4.0) Ekibin yenilikçiliğinin anahtarı, tek bir katman içinde sıvı kristal moleküller üzerinde piksel piksel bazında tam kontrol sahibi olmanın bir yolunu geliştirmekti. Bunu, dinamik bir fotomask olarak bir dijital mikro ayna cihazı kullanarak başardılar; bu cihaz, sıvı kristal katman boyunca bir milyondan fazla noktada moleküler yönelimi yaklaşık bir mikrometre çözünürlükle kesin olarak tanımlamalarına olanak sağladı. Araştırmacılar, bir voltaj uygulandığında her piksele verilen oryantasyon açısını ve bunun sonucunda ortaya çıkan faz kaymasını eşzamanlı olarak kontrol ederek, her noktada dalga cephesinin hem genliği hem de polarizasyonu üzerinde tam kontrole sahip bir hedef ışık alanını holografik olarak tanımlayabildiler.
Bu yaklaşımı kullanarak bilim insanları, biri sol dairesel polarize ışık, diğeri sağ dairesel polarize ışık için olmak üzere tamamen bağımsız iki holografik görüntü oluşturmayı başardılar. Daha sonra, yeni geliştirilen bir hologram hesaplama algoritmasını kullanarak bu iki görüntüyü ustaca tek bir sıvı kristal modelinde birleştirdiler. Her iki polarizasyondaki ışıkla aydınlatıldığında, bu birleşik hologram bir tarafta söz konusu el için hedef görüntüyü üretir, ancak ikisi arasında eşit ve zıt faz kayması vardır. Böylece ışığın polarizasyonu, giden dalga cephesindeki her noktada tanımlanmış bir şekilde dönüştürülür.
Araştırmacılar, her iki dairesel polarizasyonun eşit karışımını içeren giriş ışığını kullanarak, iki holografik görüntünün girişim yapmasını sağlayarak, onlara her noktada ortaya çıkan polarizasyon üzerinde etkili bir şekilde piksel düzeyinde kontrol sağlayabilirler; buna herhangi bir açıda doğrusal polarizasyon noktaları oluşturma yeteneği de dahildir. . İki dairesel polarizasyon arasındaki genlik ve faz ilişkisi, hologram geçilirken olası tüm polarizasyonların grafiksel bir temsili olan Poincaré küresi üzerinde bir yol izleyen bir polarizasyon durumunu tanımlar.
Bu kutuplaşma kontrolünü ek bir özgürlük derecesi olarak kullanan ekip, birçok dikkate değer yetenek sergiledi. Akrep ve yelkovanın zıt dairesel kutuplaşmalarla yansıtıldığı, sayıların ise farklı açılarda belirli doğrusal kutuplaşmalar olarak kodlandığı ve tam zamanı yalnızca kutuplaşma analiziyle ortaya çıkacak şekilde şifrelediği bir saatin holografik görüntüsünü yarattılar. Daha da çarpıcı olanı, hem mekansal olarak değişen genliğin hem de kutuplaşmanın eş zamanlı olarak tamamen keyfi bir şekilde kontrol edildiği, ayın holografik görüntülerini ürettiler.
Bilim insanları, bir elektrik alanı uygulayarak, sıvı kristal moleküllerin dinamik tepkisi sayesinde bu holografik projeksiyonları gerçek zamanlı olarak ayarlayıp değiştirebildiler. Hatta, farklı zamansal çerçevelerin doğrusal polarizasyon kanallarında çoğullandığı ve bir polarizasyon analizörünün döndürülmesiyle sırayla görüntülenebildiği, serbest vuruş yapan bir futbolcunun holografik videosunu bile oluşturdular. Giriş ışığının %60'ından fazlasının tüm görünür spektrum boyunca istenen holografik dalga cephesine dönüştürülmesiyle tüm sistemin oldukça verimli olduğu kanıtlandı; bu, metayüzey tabanlı yaklaşımların dar bant doğasına göre önemli bir ilerlemedir.
Bu çığır açıcı çalışmayla araştırmacılar, sıvı kristal holografi için tamamen yeni bir paradigmanın kapısını araladılar. Polarizasyon çoğullama yaklaşımı, hologramların bilgi kapasitesini katlanarak genişletir ve yeniden oluşturulan ışık alanları üzerinde tam kontrol sağlar. Tek katmanlı tasarımlarının sadeliği, sıvı kristallerin hızlı tepkisi ve geniş bant kapasitesi ile birleştiğinde, platformları dinamik holografik görüntüler oluşturmak için benzersiz bir şekilde uygun hale geliyor. Gerçek zamanlı, tam renkli holografik video artık elinizin altında.
İleriye baktığımızda, araştırmacılar vektörel holografi teknolojileri için geniş bir uygulama yelpazesi öngörüyorlar. Şifrelenmiş holografik görüntüler, güvenlik ve sahteciliğe karşı çok yönlü yeni bir platform olarak kullanılabilir. Holografik projeksiyonlar yeni artırılmış ve sanal gerçeklik görüntülerini mümkün kılabilir. Hem ışığın genliğinin hem de polarizasyonunun keyfi kontrolü, biyolojik araştırma ve nano montaj için yeni türde optik tuzaklara ve manipülasyonlara olanak sağlayabilir. Ekip üretim sürecini geliştirip sıvı kristal hologramlarının boyutunu büyüttükçe, bunlar ve daha birçok olasılık gerçeğe dönüşmeye hazırlanıyor.
Holografik ışık alanları üzerinde tam dinamik kontrol sağlayabilen ilk tek katmanlı sıvı kristal cihazın geliştirilmesi, tartışmasız bir dönüm noktası niteliğindeki başarıdır. Araştırmacılar, sıvı kristallerin sıvı doğasından tam olarak yararlanarak ve genlik ile polarizasyon kontrolünü birleşik bir çerçevede birleştirerek, sıvı kristal holografiyle daha önce imkansız olduğu düşünülen şeyi başardılar.
– Michael, Royal Society of Chemistry tarafından yazılan üç kitabın yazarıdır:
Nano-Toplum: Teknolojinin Sınırlarını Zorlamak,
Nanoteknoloji: Gelecek Küçük, ve
Nano-mühendislik: Teknolojiyi Görünmez Yapan Beceri ve Araçlar
Telif Hakkı ©
Nanowerk LLC
Spotlight konuk yazarı olun! Geniş ve büyüyen grubumuza katılın konuk katkıda bulunanlar. Nanoteknoloji topluluğuyla paylaşmak için bilimsel bir makale yayınladınız mı veya başka heyecan verici gelişmeleriniz mi var? Nanowerk.com'da nasıl yayınlayacağınız burada.
- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
- PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
- PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
- PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64826.php
