OLED-экран превратили в голографический проектор

Физики из Великобритании сделали голографический проектор из OLED-экрана, соединив его с метаповерхностью и полосовым фильтром. Несмотря на то, что органические светодиоды имеют низкую пространственную когерентность, ученые получили качественные изображения, поместив все компоненты установки в коробку сантиметровых размеров. Разработка в дальнейшем может быть использована в гарнитурах дополненной и виртуальной реальности, а также в портативных голографических экранах. Результаты опубликованы в Light: Science & Applications.

Экраны многих устройств состоят из органических светодиодов: благодаря своей компактности и простоте, технология OLED позволила физикам и инженерам создать много удивительных устройств (например, гибкий смартфон, который сворачивается в браслет). Учитывая высокую яркость таких светодиодов, следующим шагом стало бы изготовление голографических проекторов на основе OLED. Однако из-за низкой пространственной когерентности органические светодиоды не подходят для этой цели, что стало новой задачей для специалистов в области фотоники.

Британские физики под руководством Ивора Сэмюэля (Ifor Samuel) из Сент-Эндрюсского университета превратили OLED-экран в голографический проектор. Для этого они использовали голографическую метаповерхность — тонкопленочную структуру субволнового масштаба, которая смодулировала падающий свет. И хотя изначально эта метаповерхность была изготовлена для работы с когерентными источниками, ученые сконфигурировали систему таким образом, что модулированное неполяризованное излучение спроецировало голографическое изображение на экран.

Экспериментаторы изготовили OLED яркостью 3,5 × 10⁵ кандел на квадратный метр с пиком электролюминесценции на 664 нанометрах и шириной на полувысоте в 63 нанометра. Также ученые изготовили метаповерхность размером 300 × 300 нанометров (разрешение составило 1667 × 1667 пикселей) и рассчитали ее фазовый профиль с помощью алгоритма Герхберга — Сакстона: каждый метаатом из диоксида циркония создал изменение фазы, пропорциональное эффективному показателю преломления распространяющейся моды.

Все это физики упаковали в коробочку, в которой установили расстояние между OLED и метаповерхностью в пять сантиметров, и получили голографическое изображение далматина. Авторы работы сравнили полученную картинку со случаем, когда метаповерхность осветили лазером, и заметили, что при использовании OLED изображение было размытым, а большинство деталей на правой стороне вовсе отсутствовало. Такую особенность исследователи объяснили хроматической дисперсией, обусловленной широким спектром электролюминесценции, и решили эту проблему, разместив полосовой фильтр между источником и метаповерхностью. В результате ширина спектра на полувысоте уменьшилась с 63 до 10 нанометров, а резкость картинки заметно возросла.

Авторы работы отметили, что вместо полосового фильтра в их установке можно применять поляритонный фильтр для большей компактности устройства. Такое инженерное решение позволит использовать разработанный голографический проектор в гарнитурах дополненной и виртуальной реальности, а также в портативных голографических дисплеях.

Несмотря на то, что органические светодиоды — не самый типичный объект, который ученые выбрали для создания голографического проектора, инженеры использовали и более странные вещи, чтобы изготовить голограмму: к примеру, мы уже писали о том, как физики сделали съедобные голограммы из кукурузного сиропа и ванильного экстракта.