Ученые создали наименьшую трехмерную голограмму с помощью плазмонной «метаповерхности»
 Пример трехмерной голограммы, созданной исследователями с помощью новой методики. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Обычные голограммы создаются при помощи рельефных решеток, характерные размеры которых намного больше, чем длина волны света. Таким образом, трехмерное изображение восстанавливается из световых вол, испытавших дифракцию на этих решетках. В итоге подобные структуры страдают от так называемых «дифракционных эффектов» - изображение может двоиться, кроме того, они имеют ограниченное поле зрения (диапазон углов, под которыми мы можем наблюдать восстановленное изображение).
В своей последней работе совместная группа ученых из Великобритании и Германии показала, что новая методика генерирования голограмм позволяет избавиться от этих проблем. Главным инструментом при этом становится специфическая «метаповерхность», составленная из золотых наностержней. Исследовательская группа из University of Birmingham (Великобритания) и Paderborn University (Германия) создала такую «метаповерхность» из массива, казалось бы, случайно ориентированных золотых наностержней, изготовленных с использованием методики электронно-лучевой литографии. Каждый наностержень обеспечивает так называемый плазмонный резонанс, т.е. функционирует, как малая оптическая антенна.
Принцип антенны уже давно используется для передачи телевизионных волн, но лишь недавно эта концепция была расширена на оптические частоты. Принцип действия обычных антенн основан на осцилляции зарядов вдоль всей ее структуры, это значит, что размер антенны должен соответствовать резонансному режиму для длины волны электромагнитного излучения, которую он принимает. Следовательно, чтобы создать антенны, работающие на оптических частотах, необходимо создать структуру нанометровых размеров.
Каждый наностержень в массиве «метаповерхности» собирает падающий свет с циркулярной поляризацией и переизлучает его с определенной задержкой в виде волны, поляризованной в противоположном направлении. Задержка переизлучения зависит только от угла, под которым он ориентирован к профилю волны, т.е. с помощью наноантенны может быть получен вполне определенный профиль волнового фронта.
Для получения голограммы фазовая информация, содержащаяся в рассеянном неким трехмерным объектом свете, сначала считывается при помощи компьютера. После этого информация о фазе волны в каждой локальной области сохраняется в форме ориентации наностержня на метаповерхности. Если созданная таким образом поверхность освещается циркулярно-поляризованной световой волной, на пути проходящего света будет формироваться трехмерное изображение объекта.
Поскольку пиксели полученного таким образом изображения меньше, чем длина волны света, для него не характерны «классические» дифракционные проблемы, т.е. резкость и поле зрения такой голограммы существенно возрастают. Подробные результаты работы ученых описаны в журнале Nature Communications.
В будущем команда планирует создавать голограммы, в которых они отдельно можно будет управлять фазой и амплитудой излучаемого света, генерируя при этом высококачественные изображения любого трехмерного объекта. Кроме того, группа собирается работать над повышением эффективности голограмм, т.е. над увеличением отношения количества света, используемого для формирования голограммы по сравнению с количеством света, изначально попадающего на восстанавливаемый объект. На данный момент она составляет всего несколько процентов, однако результаты численных расчетов показывают, что эффективность может быть увеличена до 90%.
Также по теме:
- Шум Крэйга Хогана
- Голографические дисплеи на нанотрубках
- Наностержень с лопастью позволяет собрать новый температурный датчик
- Ученые предложили конструкцию «металинзы»
- Полимерные покрытия помогают наностержням доставлять лекарства
Источники: