Голографические дисплеи на нанотрубках
 (а) - Нанотрубки на силиконовой подложке; (b) - профиль электрического поля, полученный благодаря углеродным нанотрубкам. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Мечта увидеть картину, фотографию или фильм в трех измерениях, а не в виде проекции на плоскость, преследует человечество очень давно. Однако, идея трехмерных снимков считалась научной фантастикой почти до середины прошлого века, когда была предложена первая практическая реализация. Подобно звуку, оптические (электромагнитные) волны при достаточно точном совпадении частот подвержены интерференции. Если зафиксировать интерференционную картину волн, исходящих от объекта и некого источника света, а позже осветить эту «картину» волной той же частоты, то можно восстановить исходную «объектную» волну, увидев, таким образом, сам объект. Подобная технология вместе с термином «голограмма» была предложена в 40-х годах 20-го столетия Д. Габором, получившим за это открытие в 1971 году Нобелевскую Премию по физике.
За прошедшее с момента публикации работ Габора время технологии ушли далеко вперед. Ключом для создания качественных голограмм являются когерентные источники света (которыми стали лазеры) и среда, позволяющая с высоким разрешением фиксировать интерференционную картину. На сегодняшний день жидкие кристаллы являются одним из возможных кандидатов на роль такой среды за счет возможности управления ими в режиме реального времени (т.е. потенциального создания движущихся голограмм).
До сих пор для проецирования простейших трехмерных изображений использовались дисплеи, построенные на основе ферроэлектрических жидких кристаллов на силиконе (Ferroelectric liquid-crystal-over-silicon, LCOS). Однако качество изображения и угол, под которым можно было его рассматривать, имеют свой технологический предел. Был достигнут определенный успех и в процессе создания полноцветных трехмерных изображений с применением так называемых амплитудных голограмм, но, система получилась дорогой, громоздкой и, в конечном итоге, нефункциональной.
С точки зрения теории простая фазовая диаграмма (или киноформ), записанная на жидкокристаллическом экране, была бы лучшим методом для создания трехмерного изображения. Эта методика проигрывала описанным выше из-за своей главной проблемы – зависимости от геометрии пикселей LCD-устройств. В роли «фотопленки» для съемки таких голограмм чаще всего используются двумерные прямоугольные формы, к противоположным электродам которого прикладывается внешнее поле. Такие конструкции не позволяют решить поставленную задачу.
Группа исследователей из Кембриджа предложила отказаться от поиска особых форм для внешнего электрического поля, обратившись к конструкции самих пикселей (т.е. к элементарному электрическому полю). Ученые разработали новую структуру для пикселей в жидкокристаллических экранах, используя вертикально-выращенные многостенные углеродные нанотрубки (multiwall carbon nanotube, MWCNT) в качестве проводящего элемента. Подобные нанотрубки позволяют строить трехмерные электронные структуры в оптически анизотропных средах, таких, как жидкие кристаллы, делая реальным создания принципиально новых оптических компонент. Каждый такой пиксель может управляться отдельно, формируя гораздо более сложный профиль электрического поля и коэффициента преломления в жидком кристалле, т.е. делает возможным создание простейшего киноформа, и, как результат, формирование голограммы.
Безусловно, практика использования предложенной методики находится в зачаточном состоянии. Но исследователи намерены продолжать работы в этом направлении.
Также по теме:
Источники: