导读

最近,中国和澳大利亚的联合研究小组成功研制出世界上最薄的全息设备。未来,这项技术有望让三维全息显示集成到智能手机中,这种全息图像可通过裸眼观看。迄今为止,它也是可集成到消费电子产品中的最薄全息设备,厚度不到人的头发丝千分之一。

关键字

全息技术、拓扑绝缘体、新材料

背景

全息技术,是近些年来非常热门的前沿技术之一。很多朋友都看过科幻电影《阿凡达》和《星球大战》,对于全息影像的场景都并不陌生。


(图片来源于:电影《星球大战》)

然而,还是有朋友会问,到底什么是全息技术呢?


简单说,就是利用光线干涉和衍射原理,记录并再现物体真实的三维图像的技术。

在简单了解完定义后,我先带带大家简单回顾一下,笔者之前对于全息技术的相关介绍:




(图片来源于:微软研究院)

(图片来源于:澳大利亚国立大学)

利用地下室的Wi-Fi发射器,可以绘制出整个仓库的三维图像

(图片来源:Friedemann Reinhard/Philipp Holl/慕尼黑工业大学




(图片来源于:©Kai Melde / MPI for Intelligent Systems)

以上列举的各种全息成像技术,充分展示了全息技术实现手段的多样化,以及实现效果的惟妙惟肖。于此同时,我们会思考这项技术如何能够应用到商业领域,特别是消费电子类产品,例如智能手机中。


目前,电子设备的发展呈现出轻薄化、小型化的趋势,那么全息成像设备要集成到消费电子类产品中,厚度自然是十分重要的考量因素。目的就是:要让全息成像组件变得足够薄,从而可以灵活应用到如今的电子设备中去


创新


然而,今天我们要介绍的这项创新技术正是在“薄”的方面取得了重大突破。


最近,澳大利亚皇家墨尔本理工大学与北京理工大学的联合研究小组,成功设计和制造出裸眼可见的超薄三维全息设备,其厚度不到人类头发丝厚度的千分之一,而且可以集成到消费电子产品例如智能手机上。


(图片来源于:皇家墨尔本理工大学

澳大利亚皇家墨尔本理工大学教授、澳大利亚两院院士顾敏领导的研究小组开展了这项研究。研究论文于5月18日发表于《自然通信》杂志上。


技术

从技术角度讲,通常全息图像都是通过激光创建,通过调整光的相位,形成一个具有三维深度效果的图像。为了产生足够大的相位偏移,所以过去的全息设备所采用的材料厚度,必须到达光波长的级别,一般可见光的波长范围在400~760纳米。


然而,这项创新技术突破这一限制,科研团队成功实现了厚度只有25纳米的全息设备。


(图片来源于:皇家墨尔本理工大学

这种设备的基础是一种特殊的材料:拓扑绝缘体,这是一种新型量子材料,其表面具有低折射率,而内部具有超高折射率。这一特性特别适合于新型光学设备,包括纳米级全息设备。在这项研究中,研究人员采用了拓扑绝缘体材料Sb2Te3


由于这种超薄的拓扑绝缘体薄膜,在其表面和内部具有不同的折射率,所以自然就形成了一个光学共振腔。这个共振腔可以增强相位差,从而实现三维成像。


除了采用了这种特殊的拓扑绝缘体材料,在超薄全息设备制备方面,研究人员也采用了十分简单、快速的方法:激光直写技术,它将有利于这种全息设备的大规模生产和工业应用。

价值


这项技术最大的价值,正如文章开始所说,就是可集成到日常消费电子产品中。传统消费电子产品的屏幕,只能具备二维显示效果,而加入了这项技术后,将显示出三维图像,图像的内容和信息量都将大大增加。


研究人员称,这项技术未来有望为医疗诊断、教育教学、数据存储和网络安全等多领域,带来新的发展和变化。在这些领域中,三维全息技术将产生越来越重要的作用,进一步推动这些领域的创新。


未来

对于研究的下一步进展,我们看看这项研究的主要参与者岳增记博士的说法。他和北京理工大学的 Gaolei Xue 一样,是这篇这项论文的合著者。


(图片来源于:皇家墨尔本理工大学

“下一阶段的研究是开发一种刚性薄膜,能够集成进液晶显示屏,以实现真正的三维全息显示。这需要我们将纳米全息设备的像素尺寸缩小至十分之一,甚至更小。除此之外,我们正在努力制备柔性和弹性的薄膜,使得全息技术应用到更加宽广的领域。”

参考资料


【1】http://www.rmit.edu.au/news/newsroom/media-releases-and-expert-comments/2017/may/worlds-thinnest-hologram-new-world#

【2】https://www.nature.com/articles/ncomms15354


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世界最薄全息设备问世:未来手机将实现全息显示!
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