I ricercatori hanno progettato un nuovo dispositivo basato su chip in grado di modellare e dirigere la luce blu senza parti mobili. Il dispositivo potrebbe ridurre notevolmente le dimensioni dei componenti di proiezione della luce utilizzati per la realtà aumentata e una varietà di altre applicazioni.

"La nostra piattaforma phased array blu può riconfigurare in modo rapido e preciso la luce visibile per molte applicazioni emergenti, che abbracciano le esposizioni olografiche, elaborazione delle informazioni quantistiche e rilevamento e stimolazione biologici, " ha affermato il leader del gruppo di ricerca Michal Lipson della Columbia University. "Apre la strada alla proiezione della luce su scala di chip attraverso l'intera gamma visibile con un ampio campo visivo e può miniaturizzare gli attuali sistemi ottici ingombranti".

Lipson e colleghi descrivono il nuovo dispositivo sulla rivista The Optical Society (OSA) Lettere di ottica . È il primo phased array ottico (OPA) su scala di chip che opera a lunghezze d'onda blu utilizzando una piattaforma di nitruro di silicio. Gli OPA funzionano come lenti riconfigurabili consentendo riconfigurazioni arbitrarie di schemi di luce 3D.

Il nuovo OPA è stato sviluppato come parte di un progetto finanziato dalla DARPA che mira a creare un leggero, display head-mount a bassa potenza che proietta informazioni visibili sulla retina con una risoluzione estremamente elevata e un ampio campo visivo. Questo tipo di visualizzazione aumentata oggi non è possibile perché i componenti di proiezione della luce utilizzati per modellare e orientare la luce sono ingombranti e hanno un campo visivo limitato.

Operare nel visibile

Gli OPA offrono un'alternativa agli ingombranti dispositivi di proiezione della luce, ma sono generalmente realizzati con silicio, che può essere utilizzato solo con lunghezze d'onda del vicino infrarosso. Le lunghezze d'onda del blu richiedono OPA realizzati con un materiale semiconduttore come il nitruro di silicio che opera a lunghezze d'onda visibili. Però, le sfide di fabbricazione e materiali hanno reso difficile realizzare un pratico OPA blu.

I ricercatori hanno recentemente ottimizzato i processi di fabbricazione del nitruro di silicio per superare questa sfida. Nel nuovo lavoro, hanno applicato questa nuova piattaforma per creare un OPA basato su chip.

"Le lunghezze d'onda più piccole si disperdono di più, con conseguente maggiore perdita di luce se la fabbricazione del dispositivo non è perfetta, " disse Min Chul Shin, co-primo autore dell'articolo. "Perciò, dimostrare un OPA che opera a lunghezze d'onda blu significa che possiamo raggiungere questo obiettivo su tutta la gamma visibile".

Utilizzando i nuovi OPA a luce blu, i ricercatori hanno dimostrato la direzione del raggio su un campo visivo di 50 gradi. Hanno anche mostrato i potenziali vantaggi di questo tipo di piattaforma per la proiezione di immagini generando immagini 2D di lettere.

"Tutti i chip che abbiamo testato hanno funzionato bene, " disse Aseema Mohanty, co-primo autore dell'articolo. "L'integrazione su larga scala di questo sistema può essere realizzata utilizzando le odierne tecniche di litografia. Pertanto, questa nuova piattaforma introduce una piattaforma per la proiezione di luce volumetrica 3-D su scala di chip completamente riconfigurabile attraverso l'intera gamma visibile."

Applicazioni dall'informatica alla biologia

La nuova OPA blu potrebbe essere utile per computer quantistici a ioni intrappolati, che richiedono laser nella gamma spettrale visibile per la stimolazione ottica su scala micron. I computer quantistici a ioni intrappolati sono tra i progetti pratici più promettenti per l'informatica quantistica, una tecnologia emergente che dovrebbe essere significativamente più veloce dell'informatica tradizionale.

I nuovi dispositivi basati su chip potrebbero essere utilizzati anche per l'optogenetica, che utilizza la luce visibile per controllare i neuroni e altre cellule nei tessuti viventi. Per esempio, i dispositivi potrebbero essere utilizzati per realizzare un dispositivo impiantabile per stimolare i tag fotosensibili sui neuroni in modelli animali di malattia.

I ricercatori hanno in programma di ottimizzare ulteriormente il consumo di energia elettrica dell'OPA perché il funzionamento a bassa potenza è fondamentale per i display di realtà aumentata montati sulla testa leggeri e le applicazioni optogenetiche.