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世界最薄全息设备亮相:未来可直接整合进移动设备

导读: 全息影像概念诞生已经超过半个世纪了,它甚至已经成了科幻片中的经典元素,但眼下的全息设备都是大块头。

全息影像概念诞生已经超过半个世纪了,它甚至已经成了科幻片中的经典元素,但眼下的全息设备都是大块头。

新型等离子体和超材料的诞生让我们能有效的控制光线,缩短波长。这样一来,纳米集成光路就成为了现实。本周,研究人员就在超表面材料上构造出弹性全息图,当材料拉伸时,还可切换图像。

澳大利亚墨尔本皇家理工大学(RMIT)和北京理工大学的团队共同完成了这项壮举,同时该设备也成了世界上最薄的全息设备,其厚度仅为 60 纳米,比人类头发薄 1000 倍。

不过,中澳两国研究人员并未使用上面提到的等离子体和超材料,他们用了拓扑绝缘体。借助这一超薄全息设备,未来我们可以呈现裸眼可见的全息图像,同时由于体积优势巨大,该技术未来还能整合到移动设备中去。

所谓的拓扑绝缘体其实是一种相当矛盾的物质,其内部是绝缘体,但它的边界或表面总是存在导电的边缘态,这也是它有别于普通绝缘体的最独特的性质。

不过,问题是这种物质是如何缩短波长,让全息技术能“栖身”于便携的移动设备中呢?

为此,IEEE 专门询问了 RMIT 的研究人员 Zengji Yue(他也是发表在 Nature Communications 上相关论文的作者之一),这位技术大牛解释称,将金属表面的低折射率和绝缘体的高折射率相结合,可以充当固有的光学谐振腔,在薄膜上产生多重光反射,增强相位偏移。这样一来,全息影像就出现了。

所谓的全息摄影技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的技术,而全息图就是多条激光束间干涉和衍射的产品。因此,普通的全息设备第一步要记录光波信息,这是拍摄过程;第二步则是利用衍射原理再现物体光波信息,这是成象过程。

中澳研究人员的解决方案有所不同,他们的设备先是将光源投射到物体上,这样物体和基片输出的光源会产生相位差,相位中还含有原始物体的轮廓信息,而人眼和 CCD 相机就能记录下其中的图像和信息。

这项技术最大的价值就是可集成到日常消费电子产品中。此前,传统消费电子产品的屏幕,只具备二维显示效果,而加入了这项技术后,将显示出三维图像,其携带的信息量将大幅增加。

研究人员在发布会上表示:“这项技术在医疗诊断、教育教学、数据存储和网络安全等多个领域都能带来新的发展和变化,而该技术就是变革开始的第一步。”

笔者注意到,研发团队专门强调,制作设备的材料可以大规模生产,这里他们用到的是激光直写技术。

虽然该技术前景光明,但在实际应用前还有许多工程挑战要克服。举例来说,如何让智能手机产生合格的光源?而且他们还必须为智能设备打造可用的刚性薄膜。

不过,在解决这些问题前,该团队首先要找到提升设备效能和质量的方式。此外,他们还在努力研发弹性全息图,以便拓宽全息技术的应用范围。

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