Материаловеды из университетов Пекина и Шаньси разработали голограмму на основе метаматериалов, способную независимо управлять фазой трех различных длин волн света. С ее помощью можно закодировать цветное изображение. Исследование опубликовано в журнале Nano Letters, кратко о нем сообщает Phys.org.

Голограмма — физический носитель, на котором записана информация об интенсивности и фазе света, к примеру, отраженного от некоторого объекта. С ее помощью можно полностью восстановить волновое поле отражения от объекта, не имея самого объекта под рукой. Традиционная голография позволяет создавать реалистичные монохромные трехмерные изображения. Для того, чтобы запечатлеть амплитуду света волны света можно использовать обычные фотоматериалы, а для фиксации фазы применяют опорный лазер, интерферирующий с отраженным излучением от объекта. Создание цветных голограмм требует последовательного наложения изображений с помощью лазеров разных цветов.

Принцип построения изображения и микрофотографии голограммы. Bo Wang et al. / Nano Lett., 2016

В новой работе авторы создали голограмму изображения цветка с помощью метаматериалов. Она состоит из отдельных пикселей размером около 370 нанометров, каждый из которых состоит из четырех субпикселей — кремниевых параллелепипедов разной формы. Последние контролируют фазу рассеивающихся на них лучей лазера — два для синего (473 нанометра), один для зеленого (532 нанометра) и один для красного (633 нанометра). Ориентируя заранее определенным образом субпиксели в пикселе ученые добивались требуемых параметров отраженного света. 

Примеры ахроматической голографии. Bo Wang et al. / Nano Lett., 2016

По словам ученых, главной задачей было добиться независимого управления разными длинами волн. Авторы показали, что подход с субпикселями-наноблоками можно использовать как для монохромных голограмм (при этом их цвет можно варьировать в широких пределах), так и для цветных. В последнем случае разные части реконструируемого из голограммы изображения могут иметь разный цвет. К примеру, цветок может быть красным, его стебель — зеленым, а горшок — синим. 

Восстановленные цветные изображения. Bo Wang et al. / Nano Lett., 2016

Как отмечают материаловеды, эффективность восстановления цветов в предложенном методе на порядок выше, чем у описанных способов цветной голографии. В будущем ученые планируют использовать в качестве основы материалы, которые хуже поглощают видимый свет — это позволит дополнительно улучшить эффективность восстановления светового поля по голограмме.

Метаматериалами называют такие материалы, свойства которых (например, оптические) определяются в большей степени не веществами, из которых они состоят, а периодическими структурами, которые эти вещества образуют. Одним из классических примеров метаматериалов являются среды с отрицательным коэффициентом преломления. 

Ранее с помощью метаматериалов ученым удалось создать плоские линзы для видимого света, которые по своим свойствам оказались не хуже, чем существующие традиционные оптические схемы. Также с их помощью физики подняли разрешение магнитно-резонансной томографии.

Автор: Владимир Королёв