Ученым удалось создать голографический дисплей с высокой скоростью обновления картинки.

Трёхмерные экраны, которые, как мы знаем по мультсериалу Futurama, составляют основу телекоммуникаций будущего, могут появиться уже в ближайшие годы. Ученым удалось создать голографический дисплей с высокой скоростью обновления картинки.

Пока это достижение может сослужить службу разве что нейрохирургам и военным, а также привести к созданию сверхвысокоплотной компьютерной памяти. Однако потенциал, который оно скрывает для массового потребителя, огромен – экраны с объёмным изображением, благодаря которым можно будет заглянуть за спину киногероям, наверняка будут пользоваться спросом. Впрочем, до этого дело пока не дошло. Основа устройства – новый полимерный материал, который может записывать трёхмерную графическую информацию, стирать ее и выводить на экран новый объёмный кадр в считанные минуты. Несмотря на то, что внедрение новой технологии в использование подразумевает ряд технических сложностей, ученые уверены, что им удастся усовершенствовать свое изобретение и добиться обновления голографической информации со скоростью около 30 кадров в минуту. Кроме того, полимер, используемый в новом голографическом дисплее, может хранить в своем объеме «страницы» перезаписываемой компьютерной информации, в то время как во всех современных голографических устройствах возможна лишь однократная запись данных.

Физические основы голографии

Принцип построения голографических изображений заключается в создании пучка отраженного света, идентичного тому, что отражается от трехмерных объектов. Таким образом, глаза наблюдателя воспринимают то же изображение, что и в случае реальных картин, даже смотря на голограмму под разными углами. Голограммы наиболее высокого разрешения являются статическими рисунками. Они создаются при помощи лазерного луча, который необратимо производит изменения в химической структуре фотополимерных материалов. Обработанный фотополимер создает тонкую интерференционную картину света, падающего на плоскость голограммы, что и приводит к образованию голографического изображения. Стоит отметить, что на сегодняшний день уже существуют прототипы голографических видео дисплеев, которые используют жидкокристаллические фильтры, подобные тем, что составляют матрицу современных ЖК-мониторов. Вместо отражения и создания интерференционной картины эти мониторы особым образом рассеивают свет, что и приводит к формированию псевдо трехмерного изображения. Недостатком этого типа ЖК голографических видео дисплеев является то, что они проецируют зрителю голограмму, «нарезанную» на части вместо того, чтобы представить единый трехмерный рисунок. Это не позволяет рассматривать голограмму под разными углами и делать ее доступной для просмотра сразу несколькими людьми. Автор новой работы Насер Пейхамбариан, профессор из Аризонского университета, справедливо замечает, что такие голографические жидкокристаллические видео мониторы требуют очень высокой скорости обновления для того, чтобы сохранять изображение в течение длительного времени.

Пейхамбариан и его коллега Саваш Тей разработали полимерный материал, который допускает процедуру перезаписи голографического изображения и способен сохранять картинку надолго.

Они воспользовались фоторефракционным полимером, используемым в современных системах оптической связи, который под действием лазера изменять свои свойства – отклонять и преломлять свет. Химики сделали его более восприимчивым к лазерному излучению, а так же добились более четкой цветопередачи. Таким образом, пересечение двух лазерных лучей в толще полимерного материала, помещенного в сильное электрическое поле, изменяет показатель преломления материала в данной точке. Это изменение является обратимым, преломляющие свойства материала могут быть восстановлены с помощью серии одинаковых лазерных импульсов. Сейчас голографический дисплей, разработанный аризонскими специалистами, представляет из себя пленку толщиной менее миллиметра и площадью около 10 квадратных сантиметров. Трехмерное голографическое изображение может быть построено на таком экране менее чем за 3 минуты. Чтобы добиться такой эффективности ученые поместили фотополимер между двумя стеклянными пластинами, к которым приложили разность потенциалов в 9 тысяч вольт. Под действием такого внушительного градиента электрического поля в толще полимера происходит пространственное разделение носителей заряда, благодаря чему материал с большей готовностью изменяет свои оптические свойства под действием света. После того, как голограмма записана, напряжение на обкладках может быть понижено до 4 киловольт. Это позволяет сохранить голограмму на длительный срок.

Пейхамбариан уверен, что в течение нескольких лет ему удастся довести скорость обновления графической информации на экране до уровня, достаточного для создания полноценного видеомонитора.

Так сейчас выглядит "объёмный дисплей" и записанные на нём изображения под разными углами // nature.com

В настоящее время круг применения данного голографического устройства весьма ограничен. Оно может быть использовано в медицинских целях, а также наверняка заинтересует военных. Говорить о трёхмерном телевидении тоже пока рано: помимо экрана для просмотра телепрограмм нужны сам телевизор, передающая станция и камеры, снимающие передачу. Если записать трёхмерную картинку несложно, то как считать, обработать и передать тот огромный объём информации, который будет в итоге получен, пока никто не знает. Тем не менее, проблемы эти не являются принципиальными, особенно с учётом стремительного развития вычислительных мощностей и скорости передачи информации в наше время.

Разумеется, инновация аризонских ученых вызвала определенный скепсис у других специалистов в области голографии.

Так, фоторефракционные полимеры, используемые командой Пейхамбариана, на несколько порядков менее чувствительны к лазерному излучению, чем фотополимеры, применяемые в статической голографии. Потому они требуют использования дорогостоящих лазеров с высокой выходной мощностью, отмечает Дэвид Вальдман, ученый из одной из американских корпораций, занимающихся созданием голографических устройств хранения информации. Другой крупный специалист в области голографического хранения информации, Кевин Кертис, главный технолог компании InPhase Technologies, запускающей в этом году продажи голографического CD-диска емкостью 300 Гб, отмечает, что применение высоких напряжений в устройствах хранения информации весьма рискованно. Даже если полимерный материал Пейхамбариана найдет свое применение в трехмерном голографическом видео, использование киловольт постоянного напряжения никак не может обеспечить надежность подобных устройств для хранения важной информации.