Các nhà khoa học đã phát triển một phương pháp mới cho một thiết bị định hình ánh sáng 3D có hiệu quả cao và độ chính xác cao

Các công nghệ hiện đại như máy tính quang học, quang tử tích hợp và ảnh ba chiều kỹ thuật số đều đòi hỏi sự thao tác linh hoạt các tín hiệu ánh sáng trong không gian ba chiều. Trong quá trình này, việc định hình và hướng dẫn luồng ánh sáng theo ứng dụng mong muốn là rất quan trọng.

Vì luồng ánh sáng trong môi trường được kiểm soát bởi chiết suất của môi trường đó, nên cần phải có thao tác cụ thể đối với chiết suất để kiểm soát các đường dẫn quang học trong môi trường. Để đạt được điều này, các nhà khoa học đã phát triển cái gọi là “các thành phần thể tích photonic không tuần hoàn” (APVE), là các voxel siêu nhỏ có chiết suất cụ thể được đặt ở các vị trí được xác định trước để dẫn luồng ánh sáng theo cách được kiểm soát. Tuy nhiên, việc chạm khắc các thành phần này đòi hỏi độ chính xác cao và hầu hết các vật liệu định hình ánh sáng đều bị giới hạn ở cấu hình 2D hoặc cuối cùng dẫn đến giảm cấu hình chùm tia đầu ra.

Gần đây, một nghiên cứu được công bố trên tạp chí photonics “APNexus” đã trình bày một phương pháp đơn giản để sản xuất APVE có độ chính xác cao và chứng minh việc sử dụng chúng trong nhiều ứng dụng. Nghiên cứu do Alexander Jesacher từ Đại học Y khoa Innsbruck ở Áo dẫn đầu và nó khắc phục được những hạn chế trong việc định hình ánh sáng đã đề cập trước đó.

Phương pháp này sử dụng một kỹ thuật gọi là “ghi laser trực tiếp” (DLW), đây là công nghệ laser tốc độ cao sắp xếp các voxel có chiết suất cụ thể theo ba chiều bên trong kính borosilicate để dẫn hướng ánh sáng chính xác cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Theo báo cáo, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một thuật toán kích thích ánh sáng đi qua môi trường để xác định vị trí tối ưu của các voxel để đạt được độ chính xác cần thiết. Dựa trên điều này, họ có thể tạo ra 154,000 đến 308,000 voxel trong 20 phút, với mỗi voxel có thể tích khoảng 1.75 μm × 7.5 μm × 10 μm. Ngoài ra, họ đã sử dụng điều khiển mặt sóng động để bù cho bất kỳ quang sai hình cầu nào (biến dạng cấu hình chùm tia) của tia laser tập trung vào chất nền trong quá trình này. Điều này đảm bảo tính nhất quán của cấu hình của mỗi voxel ở mọi độ sâu trong môi trường.

Nhóm nghiên cứu đã phát triển ba loại APVE để chứng minh tính ứng dụng của phương pháp: một bộ định hình cường độ để kiểm soát sự phân bố cường độ của chùm tia đầu vào, một bộ ghép kênh RGB để kiểm soát việc truyền phổ đỏ, xanh lục và xanh lam trong chùm tia đầu vào và một bộ phân loại chế độ Hermite-Gaussian (HG) để tăng cường tốc độ truyền dữ liệu.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng bộ định hình cường độ để chuyển đổi chùm tia Gauss thành phân bố ánh sáng hình cung cười ở quy mô nhỏ, sau đó sử dụng bộ ghép kênh để biểu diễn các phần khác nhau của phân bố hình cung cười bằng các màu khác nhau và cuối cùng sử dụng bộ phân loại chế độ HG để chuyển đổi nhiều chế độ Gauss được truyền qua sợi quang thành chế độ HG. Trong mọi trường hợp, thiết bị đều có thể truyền tín hiệu đầu vào mà không bị mất mát đáng kể và đạt được hiệu suất nhiễu xạ phá kỷ lục lên tới 80%, thiết lập một chuẩn mực mới cho APVE.

Phương pháp mới này mở ra cánh cửa đến một nền tảng lý tưởng với chi phí thấp để tạo mẫu nhanh các thiết bị định hình ánh sáng 3D tích hợp cao. Ngoài tính đơn giản, chi phí thấp và độ chính xác cao, phương pháp này cũng có thể được mở rộng sang các chất nền khác, bao gồm cả vật liệu phi tuyến tính. Tính linh hoạt của nó làm cho nó phù hợp để thiết kế nhiều loại thiết bị 3D để sử dụng trong các lĩnh vực như truyền thông tin, điện toán quang học, hình ảnh sợi quang đa chế độ, quang tử phi tuyến tính và quang học lượng tử.

Nguồn từ ofweek.com