Holografiatekniikka, jossa valosta tulee avain

Korea Advanced Institute of Science and Technologyn (KAIST) professori Jonghwa Shinin johtama tutkimusryhmä on kehittänyt seuraavan sukupolven vektorihologrammimetapinnan, joka käyttää valon kokonaisliikemäärää (TAM) avaimena informaation valinnassa. Tämä mahdollistaa erilaisten kolmiulotteisten kuvien toteuttamisen tulevan valon tilasta riippuen.

Aiemmin on aktiivisesti tutkittu joko valon värähtelysuuntaa eli polarisaatiota tai valon kiertymistä kierteiseen muotoon eli rataimpulssimomenttia (OAM). Näiden kahden ominaisuuden itsenäistä hallintaa yhdessä laitteessa oli kuitenkin pitkään pidetty ratkaisemattomana haasteena optiikan alalla.

Tämän ratkaisemiseksi tutkimusryhmä suunnitteli tarkasti nanomittakaavan rakenteita ja toteutti kaksikerroksisen metapinnan pinoamalla ne kahteen kerrokseen.

Metapinta käyttää valon kokonaisliikemäärää (TAM), joka yhdistää valon polarisaation ja kiertymisasteen, kuten monimutkaisen salausavaimen. Toisin sanoen laite reagoi ja rekonstruoi piilotettua tietoa vain, kun siihen osuu valo, jolla on tietty värähtelykuvio ja tietty määrä kiertymiä.

Tämän tekniikan ansiosta, vaikka valo näyttäisi ulkoisesti samanlaiselta, tietoja ei voida lukea ilman nimettyä valoavainta, mikä takaa korkean turvallisuuden.

Lisäksi valon kiertävä tila (OAM) voi teoriassa saada hyvin laajan arvoalueen, mikä lisää merkittävästi yhden valonsäteen kuljettaman informaation määrää. Tämä mahdollistaa myös laajentumisen erittäin suuren kapasiteetin optisiin viestintäteknologioihin, jotka pystyvät siirtämään paljon enemmän dataa samanaikaisesti kuin ennen.

Vektorihologrammit ja niiden käyttö reaalimaailmassa

Tämä tutkimus on erityisen merkittävä siinä mielessä, että se menee yksinkertaisen kolmiulotteisen kuvan toteutusta pidemmälle ja saavuttaa vektorihologrammin, joka ohjaa tarkasti valon värähtelyn suuntaa (polarisaatiota) kuvan jokaisessa pisteessä. Vektorihologrammi on korkeaulotteinen holografinen teknologia, joka esittää paitsi valon voimakkuuden myös sen suuntainformaation.

Tämä saavutus on ensimmäinen osoitus siitä, että kahta valon keskeistä ominaisuutta – polarisaatiota ja kiertymistä – joita on aiemmin ollut vaikea erottaa fyysisesti, voidaan hallita itsenäisesti yhdessä laiterakenteessa.

Tämän odotetaan mahdollistavan sovelluksia paitsi seuraavan sukupolven näyttöteknologioissa, kuten immersiivisissä hologrammeissa, älylaseissa, lisätyn todellisuuden (AR) ja virtuaalitodellisuuden (VR) laitteissa, mutta myös useilla muilla aloilla, kuten väärentämisen estävissä turvatarroissa ja erittäin nopeassa optisessa tiedonsiirrossa.

Professori Shin totesi: "Tämä tutkimus osoittaa, että polarisaatio ja kiertyminen, jotka ovat valon perusominaisuuksia, voidaan yhdistää yhdeksi itsenäiseksi informaatioavaimeksi ja hyödyntää vapaasti. Siitä kehittyy keskeinen alusta vaikeasti replikoitaville turvajärjestelmille ja erittäin nopeille ja erittäin suuren kapasiteetin optisille viestintätekniikoille."

Aiheesta aiemmin:

Elektronit esiin hologrammin avulla

Polarisaatio ja holografinen informaatio lomittuvat kvanttihologrammiin

Holografisia syvyyttä ajoneuvojen tuulilasinäyttöihin