Els investigadors creen una finestra màgica plana amb cristalls líquids


Els investigadors creen una finestra màgica plana amb cristalls líquids

Els investigadors han utilitzat cristalls líquids per crear finestres màgiques que produeixen una imatge oculta quan la llum hi brilla. Crèdit: Felix Hufnagel, Universitat d’Ottawa

Per primera vegada, els investigadors han utilitzat cristalls líquids per crear una finestra màgica plana, un dispositiu transparent que produeix una imatge oculta quan la llum hi brilla. La tecnologia representa un nou gir en un truc lleuger molt antic.

Fa milers d’anys, els artesans de la Xina i el Japó van fabricar miralls de bronze que semblaven un mirall pla normal mentre es veia el reflex d’un, però que formaven una altra imatge quan els colpejava la llum solar directa. Els científics van trigar fins a principis del segle XX a entendre que aquests dispositius funcionen perquè una imatge llançada a la part posterior del mirall crea petites variacions superficials que fan que la imatge es formi, i fins ara els enginyers van trigar a aplicar el mateix principi al líquid. vidres per a pantalles d’alta tecnologia.

“La màgia finestra hem creat sembla perfectament pla a la a ull nu però, de fet, té lleugeres variacions que creen una imatge en resposta a llum“, va dir el líder de l’equip d’investigació Felix Hufnagel de la Universitat d’Ottawa. “En dissenyar la finestra perquè sigui relativament suau, la imatge que es crea es pot veure a una gran varietat de distàncies des de la finestra”.

En ÒPTICA la revista, Hufnagel i els seus col·legues descriuen el procés que van desenvolupar per crear transparents cristall líquid finestres màgiques que poden produir qualsevol imatge desitjada. El procés també es pot utilitzar per crear miralls màgics que reflecteixin, en lloc de transmetre, la llum per crear una imatge.

“L’ús de cristalls líquids per fer finestres o miralls màgics podria un dia fer possible crear una versió reconfigurable per produir finestres o pel·lícules màgiques artístiques dinàmiques”, va dir Hufnagel. “La capacitat d’obtenir una gran profunditat d’enfocament també podria fer que l’enfocament sigui útil per a pantalles 3D que produeixen imatges 3D estables fins i tot quan es veuen des de diferents distàncies”.







Les finestres màgiques que van crear els investigadors semblen perfectament planes a simple vista però, de fet, tenen lleugeres variacions que creen una imatge en resposta a la llum. El vídeo mostra la distribució d’intensitat que evoluciona sense problemes des del perfil del feix d’entrada fins al patró d’imatge desitjat. Crèdit: Felix Hufnagel, Universitat d’Ottawa

Creant màgia amb cristalls líquids

Encara que els científics han entès durant dècades que els miralls màgics de bronze antics formaven imatges com a resultat de petites variacions de la superfície, no va ser fins al 2005 que Michael Berry, físic matemàtic de la Universitat de Bristol al Regne Unit, va derivar la base matemàtica d’aquest efecte. . Més tard va ampliar aquests coneixements per desenvolupar una base teòrica per a finestres màgiques transparents a més dels miralls màgics reflectants. Aquest treball va inspirar Hufnagel i els seus col·legues a crear una finestra màgica basada en cristalls líquids.

Els cristalls líquids són materials que poden fluir com un líquid convencional però tenen molècules que es poden orientar com un cristall sòlid. En el nou treball, els investigadors van utilitzar una versió modificada d’un procés de fabricació conegut que produeix un patró de cristall líquid específic que permet crear una imatge desitjada quan s’il·lumina.

Van utilitzar un element òptic Pancharatnam-Berry (PBOE), que és un dispositiu de cristall líquid que funciona sota un principi conegut anomenat fase Pancharatnam-Berry. En canviar l’orientació de les molècules de cristall líquid en aquest dispositiu, els investigadors podrien alterar les propietats de la llum a mesura que viatja pel dispositiu píxel per píxel.

Imatges estables a diverses distàncies

“A nivell conceptual, la teoria desenvolupada per Berry va ser fonamental per determinar com s’han d’orientar aquests cristalls líquids per crear una imatge que sigui estable a una gran distància”, va dir Hufnagel. “El nostre ús d’elements òptics plans i un patró de cristall líquid amb variacions suaus prescrites per la teoria d’imatges laplacianes de Berry permet que les finestres màgiques semblin normals, o planes, quan es mira a través d’elles”.

Després de fabricar un mirall màgic i una finestra, els investigadors van utilitzar una càmera per mesurar els patrons d’intensitat de llum produïts pels dos dispositius. Quan s’il·lumina amb a punter làser, tant el mirall com la finestra van produir una imatge visible que es va mantenir estable fins i tot quan canviava la distància entre la càmera i el mirall o la finestra. Els investigadors també van demostrar que els dispositius creaven imatges quan s’il·luminen amb una font de llum LED, que seria més pràctic d’utilitzar en aplicacions de la vida real.

Els investigadors estan treballant ara per utilitzar el seu enfocament de fabricació per crear plaques de màgia quàntica. Per exemple, dues d’aquestes plaques podrien crear imatges entrellaçades que es podrien utilitzar per estudiar nous protocols d’imatge quàntica. També estan explorant la possibilitat de fabricar finestres màgiques mitjançant enfocaments diferents dels cristalls líquids. Per exemple, l’ús de metasuperfícies dielèctriques per fer un dispositiu de finestra màgica podria reduir la seva empremta alhora que augmenta l’amplada de banda.


Els cristalls de fase blava estabilitzats podrien conduir a noves tecnologies òptiques


Més informació:
Felix Hufnagel et al, Flat Magic Window, ÒPTICA (2022). DOI: 10.1364 / OPTICA.454293

Citació: Els investigadors creen una finestra màgica plana amb cristalls líquids (2022, 5 de maig) recuperat el 5 de maig de 2022 de https://phys.org/news/2022-05-flat-magic-window-liquid-crystals.html

Aquest document està subjecte a drets d’autor. A part de qualsevol tracte just amb finalitats d’estudis o investigacions privats, no es pot reproduir cap part sense el permís per escrit. El contingut es proporciona només amb finalitats informatives.