Новое исследование приоткрыло возможность повышения яркости волноводных дисплеев дополненной реальности. Для этого учёные разработали трёхзонный метаповерхностный вводящий элемент волновода, эффективность которого приближается к теоретическому пределу для заданной геометрии волновода в реальных условиях эксплуатации. По их словам, это первая экспериментальная реализация подобного устройства, ранее остававшегося в рамках теории.
Волноводы, пишут исследователи, часто страдают от низкой эффективности, обусловленной потерями при многократном взаимодействии входящего света с вводным элементом, которым может быть дифракционная решётка, голографический элемент или призмы. Эти потери накладывают фундаментальное ограничение на яркость системы и приводят к потерям, зависящим от угла падения света. Предыдущие теоретические исследования установили предел эффективности вводящего элемента и предложили многозонную архитектуру, но ранее её не претворяли в жизнь.
Каждая из трёх зон представляет собой метаповерхность с оптимизацией под свои задачи. Метаповерхности — это сверхтонкие материалы со структурами, которые в тысячи раз тоньше человеческого волоса. Это позволяет им преломлять, фокусировать и фильтровать свет способами, невозможными для традиционных линз.
Разработка эффективно улавливает падающий свет и значительно уменьшает его потери. Она также сохраняет форму падающего света, что крайне важно для поддержания высокого качества изображения.
Метаповерхности изготовлены методом атомно-слоевого осаждения — технологии нанесения тонких плёнок последовательным введением в реакционную камеру газов-прекурсоров. В настоящий момент решение подразумевает применение с монохромными дисплеями.
Чтобы продемонстрировать работу нового вводного элемента, авторы работы изготовили и протестировали каждую из трёх областей метаповерхности по отдельности, используя специально разработанные оптические установки. Затем они использовали аналогичные установки для проверки производительности собранного устройства как единой системы, измерив общую эффективность по горизонтальному полю зрения от -10 до 10 градусов.
Результаты фактических измерений совпадают с результатами моделирования для большей части поля зрения. Средняя эффективность по всему полю зрения составляет 30%, что близко к моделируемому среднему КПД в 31%. Исключением стал лишь край поля зрения при -10 градусах, где измеренная эффективность составляет 17%, а моделируемое значение — 25,3%. Исследователи связывают это с высокой угловой чувствительностью конструкции в таком положении и возможным наличием производственных дефектов.
В настоящее время авторы улучшают общую конструкцию, оптимизируют метаповерхности и их взаимодействие с другими компонентами волновода. Цель — демонстрация полноценной системы отображения на основе метаповерхностей. После завершения этого этапа они планируют расширить эксперименты на цветные изображения, улучшить допуски при изготовлении и минимизировать снижение эффективности на краю поля зрения.
Не пропускайте важнейшие новости о дополненной и виртуальной реальности — подписывайтесь на Голографику в Telegram, ВК и Twitter! Поддержите проект на Boosty.
Далее: Научный эксперимент поднял планку «ретинального» разрешения очков
