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为视频会议的真实感受德国斯图加特大学研发出添加时间:2022-02-17
 

  视频会议在 Covid-19 大流行期间发挥了关键作用,并将在未来主导许多会议。要实现面对面对话的真实感觉,需要三维视频,但仍然缺少全息技术。德国斯图加特大学的研究人员现在引入了一种全新的方法来实现这种动态全息显示,该方法基于由导电金属聚合物制成的电可切换等离子体纳米天线。这个关键元素提供了以视频速率实现全息显示的缺失技术,这将使虚拟会议具有“真实”的感觉。详细介绍这项工作的论文已于2021 年 10 月 28 日发表在领先期刊《科学》上。

  创造令人印象深刻的三维静态图像的全息图是众所周知的。直到现在,还不可能使用来自高速互联网连接的数据以视频速率切换动态全息图。以前,限制因素是显示分辨率。全息图像需要 50,000 dpi(每英寸像素)的分辨率,比最好的智能手机显示器高 100 倍。对于这样的分辨率,必须将像素尺寸减小到半微米(千分之一毫米)。然而,目前的液晶技术不允许如此小的像素,被限制在几微米的像素尺寸。

  几年来,研究人员创造了可生成静态 3 维全息图的超表面。然而,它们的组件或纳米天线由金或铝等金属组成,无法像普通液晶材料那样进行切换。在寻找合适的材料几年后,博士生 Julian Karst 和来自 Harald Giessen 教授小组的纳米光子学专家 Mario Hentschel 博士以及高分子化学家 Sabine Ludwigs 教授及其团队确定了导电聚合物作为可能的候选材料。可切换的等离子体。Sabine Ludwigs 贡献了她在此类功能聚合物的电化学转换方面的专业知识,这是 2000 年诺贝尔化学奖的焦点。

  到目前为止,此类材料主要用于柔性显示器和太阳能电池中的电流传输。与洁净室负责人 Monika Ubl 合作,Karst 和 Hentschel 开发了一种工艺,使用电子束光刻和蚀刻的组合对金属聚合物进行纳米结构化,从而制造出等离子体纳米天线。该团队表明,通过施加负一伏和正一伏之间的电压,纳米天线的光学外观可以在闪亮金属和透明材料之间切换。这种切换效果即使在 30 赫兹的视频速率下也能工作。尽管只有几十纳米厚且尺寸不到 400 纳米,但纳米天线的作用与当前最先进技术中使用的更大更厚的液晶相同。

  左图:显示等离子体聚合物纳米天线的图像,切换到介电(玻璃态)状态。来自底部的光束刚好穿过顶部而没有偏转。右图:显示等离子体聚合物纳米天线的图像,切换到金属状态。来自底部的光束在穿过样品时偏向一侧。光在到达顶部时也会改变其旋向性(参见螺旋光的不同旋转方向)。图片来源:斯图加特大学/PI4,Julian Karst

  Karst 从纳米天线中创建了一个简单的全息超表面,可以通过施加电压将红外激光束偏转 10 度到一侧。目前,他正致力于使这种偏转可用于自动驾驶汽车中的 LIDAR 设备应用的多个角度,这对汽车行业具有浓厚的兴趣。此外,Karst 创造了一种全息图,其行为类似于光学透镜,只需施加 ±1 伏特即可打开和关闭。这项技术对于未来的智能手机相机或光学传感器至关重要,它们可以通过切换施加的电压从广角变焦到长焦。目前,此功能最多需要四个镜头。

  未来,Harald Giessen 教授和他的团队的目标是单独处理每个像素,以视频速率随意改变全息图。此外,聚合物纳米天线的光学特性必须转移到可见光波长范围内,这需要与化学家和材料科学家合作。与工程师一起,集成和动态可切换的光学显示器和第一个移动全息图可以集成到 AR/VR 护目镜中,并最终集成到智能手机屏幕甚至电视上。

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