超高速激光创造出你可以触摸的全息图

以千万亿分之一秒的脉冲

科幻小说的殿堂里充斥着全息图的梦想——儒勒·凡尔纳在1893年出版的《卡尔帕斯城堡》中就将全息术引入了文学,而我们又怎会知道欧比旺是莱娅唯一的希望

如今,数字自然组(DNG)的研究人员已经找到了一种方法,利用激光、镜子和相机来创建三维、交互式的全息图,这些全息图由称为体素的微小光点组成。

使用飞秒激光器(飞秒是百万亿分之一秒,激光器传输的脉冲持续时间为30到270飞秒),该团队可以制造出可安全触摸的全息图。这些图像是三维的,分辨率高达每秒20万个点。体素是由激光聚焦能量电离空气时产生的等离子体发出的光。

首席研究员Yoichi Ochiai说,触摸时,激光器感觉像砂纸,尽管一些参与者认为等离子体感觉有点像静电放电。

罗切斯特大学光学与物理学教授Chunlei Guo说,这并非首次尝试使用飞秒激光器形成空气等离子体,但这项研究将有助于设计未来的飞秒激光显示器。尽管之前的研究曾使用纳秒和飞秒激光器创建图像,但DNG的研究人员表示,之前研究尚未达到如此高的分辨率,并且会灼伤人体皮肤。

由于激光器发射速度极快,它们能够实时做出反应,研究人员已经展示了其制作可用全息复选框和触摸即碎心形图案的能力。

为了创建全息图,研究人员将飞秒激光器通过空间光调制器,然后穿过一系列透镜、一面镜子和一个伽伐诺扫描仪,伽伐诺扫描仪定位一面镜子,以精确地引导激光束。全息图下方的摄像头捕捉用户交互,使光点能够对“触摸”做出反应。

Ochiai说,他最惊喜的发现是,在这种应用中,等离子体实际上是安全的,这使得全息图比之前设想的要安全得多。

使这些全息图安全的关键在于激光脉冲的持续时间更短。在测试中,如果激光器以超过两秒的脉冲发射,它们就会灼伤用于模拟皮肤的皮革。但是,如果它们以50毫秒到1秒的脉冲发射,皮革则完好无损。

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在测试飞秒激光器时,超过2000毫秒(即两秒)的脉冲会灼伤测试用的皮革。数字自然组

Ochiai说,这台机器只是一个概念验证,现在他的团队将致力于使全息图更大。他们受到空间光调制器尺寸的限制,这在这次实验中已经达到了最大。激光器本身可以传输高达7W的功率,而这个1立方厘米的实验仅使用了1W的激光功率。

 

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