211service.com
Eerste rekbare holografische display onthuld
Een van de grote vorderingen in de materiaalwetenschappen van de afgelopen jaren is de ontwikkeling van metamaterialen en meta-oppervlakken met optische eigenschappen die niet in de natuur voorkomen. Deze materialen bevatten herhalende elementen die interageren met elektromagnetische golven om licht te reflecteren, te buigen en te vervormen.
Op deze manier hebben onderzoekers materialen gebouwd met een negatieve brekingsindex, superresolutielenzen en zelfs onzichtbaarheidsmantels. Dezelfde trucs zijn ook mogelijk met reflecterende oppervlakken. Onderzoekers hebben meta-oppervlakken gemaakt die fungeren als platte lenzen, vortexstraalgeneratoren en zelfs als door de computer gegenereerde hologrammen.
En dat roept een interessante vraag op: hoeveel verder kunnen materiaalwetenschappers deze technologie brengen?
Vandaag ontdekken we dankzij het werk van Stephanie Malek en vrienden aan de Universiteit van Pennsylvania in Philadelphia. Ze hebben een hologram op een meta-oppervlak geprint en laten zien hoe het verandert als de film wordt uitgerekt. Het werk wijst de weg naar een nieuw soort display dat de informatie die het weergeeft, verandert terwijl het wordt uitgerekt.
Meta-oppervlakken zijn in theorie eenvoudig. Het idee is dat een reeks kleine geleidende staafjes de manier waarop het licht erop weerkaatst kan beïnvloeden. Door de oriëntatie van de staven ruimtelijk te variëren, is het mogelijk om patronen in het gereflecteerde licht te creëren. Van daaruit is het een eenvoudige computerberekening om uit te zoeken hoe de geleidende staven moeten worden gerangschikt om een hologram te creëren.
De eerste taak is om een reeks gouden nanostaafjes te maken en deze in te bedden in een flexibele film, in dit geval een soort contactlensachtig polymeer genaamd PDMA. Malek en co doen dit door een siliciumwafel met plastic te bedekken en vervolgens met fotolithografie het gewenste patroon uit te kerven.
Vervolgens bedekken ze het resterende plastic met goud en gieten vervolgens PDMA op het oppervlak, zodat het een laag vormt die de goudstaven bedekt en de gaten ertussen vult.
Ten slotte pelt het team deze PDMA-laag eraf en neemt de gouden nanostaafjes mee. Het resultaat is een dunne laag PDMA met daarin gouden nanostaafjes in het patroon dat het gewenste hologram creëert.
Malek en co gaan nog een stapje verder door een hologram te maken met daarin twee of meer afbeeldingen die op verschillende afstanden van het oppervlak verschijnen. Ze laten vervolgens zien dat het uitrekken van de laag de afstand tussen de nanostaafjes verandert, de hologrammen vergroot en hun afstand tot de film verandert.
Dat zorgt voor een interessant effect. Iedereen die het hologram vanaf een bepaalde afstand bekijkt, ziet het eerste hologram in het tweede veranderen en dan weer terug terwijl de film wordt uitgerekt en ontspannen. Bij het uitrekken kunnen deze apparaten het weergegeven holografische beeld schakelen tussen meerdere verschillende afbeeldingen, zeggen Malek en co.
Het team heeft het idee getest met een aantal hologrammen met een één gevolgd door een twee, een cirkel gevolgd door een vierkant gevolgd door een driehoek, enzovoort.
En dat suggereert dat de technologie kan worden gebruikt voor een geheel nieuw soort display. Rekbare hologrammen van het meta-oppervlak kunnen nuttig zijn voor toepassingen zoals virtual reality, platte beeldschermen en optische communicatie, zeggen Malek en co, die al een rekbaar meta-oppervlak hebben gedemonstreerd dat werkt als een zoomlens, waarbij de vergroting 1,7 keer groter wordt als deze wordt uitgerekt.
Het lijkt erop dat meta-oppervlakken eindelijk dicht bij de commerciële wereld zijn. We zijn benieuwd hoe deze en andere ontwikkelingen op de markt verschijnen.
Referentie: arxiv.org/abs/1702.03810 : Span multiplex metasurface hologrammen op een rekbare ondergrond