(Sinistra) I pixel ellittici e accoppiati di nanoquadrati diffondono diverse lunghezze d'onda della luce a seconda della polarizzazione. (Destra) La configurazione dello stereomicroscopio utilizza diversi polarizzatori su ciascun oculare per visualizzare due microstampe sovrapposte che contengono pixel che presentano due immagini spostate lateralmente agli occhi sinistro e destro di un visualizzatore, con conseguente percezione della profondità. Credito:Xiao Ming Goh, et al. ©2014 Macmillan Publishers Limited
(Phys.org) —Progettando nanopixel che codificano due insiemi di informazioni—o colori della luce—all'interno dello stesso pixel, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo per realizzare stampe a colori 3D. Ogni pixel può esibire uno dei due colori a seconda della polarizzazione della luce utilizzata per illuminarlo. Quindi, osservando i pixel alla luce di entrambe le polarizzazioni, si possono vedere due immagini separate. Se le due immagini vengono scelte per essere viste leggermente spostate della stessa scena, la visualizzazione simultanea di entrambi provoca la percezione della profondità e l'impressione di un'immagine stereoscopica 3D.
I ricercatori, guidato dal professor Joel K.W. Yang, presso A*STAR (l'Agenzia per la Scienza, Tecnologia e Ricerca) a Singapore, l'Università Nazionale di Singapore, e la Singapore University of Technology and Design, hanno pubblicato un articolo sulla nuova tecnica per realizzare stampe stereoscopiche 3D a colori in un recente numero di Comunicazioni sulla natura .
"Abbiamo creato forse le immagini stereoscopiche più piccole di sempre utilizzando pixel formati da nanostrutture plasmoniche, " Yang ha detto Phys.org . "Tali immagini stereoscopiche non richiedono allo spettatore di indossare occhiali speciali, ma invece, la percezione della profondità e l'effetto 3D vengono creati semplicemente osservando la stampa attraverso un microscopio ottico accoppiato a polarizzatori."
Il lavoro si basa sul concetto di risonanza plasmonica superficiale:le nanostrutture metalliche possono diffondere diverse lunghezze d'onda (colori) della luce a causa del fatto che le minuscole nanostrutture stesse risuonano a diverse lunghezze d'onda. Se una nanostruttura è circolare, la sua risonanza è indipendente dalla polarizzazione perché il diametro del cerchio è lo stesso da tutte le direzioni. Però, se una nanostruttura è biassiale (come un'ellisse o un rettangolo), la sua risonanza dipenderà dalla polarizzazione della luce incidente. Adattando le dimensioni esatte dei nanopixel biassiali, i ricercatori possono generare colori diversi con polarizzazioni diverse.
Basandosi su queste idee, i ricercatori dell'attuale studio hanno dimostrato che i nanopixel sensibili alla polarizzazione che codificano due serie di informazioni possono essere utilizzati per produrre microstampe stereoscopiche 3D. Per fare questo, i ricercatori hanno creato nanopixel da minuscoli pezzi di alluminio di un centinaio di nanometri di diametro. Gli scienziati hanno sperimentato i nanopixel in due forme diverse:dimeri nanoquadrati ellittici e accoppiati (una coppia di quadrati separati da uno spazio molto piccolo).
Microstampe di un quadrato e di una croce stampate sulla stessa area formata da (a) nanopixel ellittici e (b) pixel nanoquadrati accoppiati sotto luce polarizzata x e y. (c) Immagine SEM della regione indicata dalla casella tratteggiata in (b). (d) Immagini disaccoppiate dai polarizzatori. (e) Sovrapposizione di immagini in (d) per formare un'immagine stereoscopica con percezione della profondità. (f) Immagine SEM della regione indicata dalla casella tratteggiata in (e). Credito:Xiao Ming Goh, et al. ©2014 Macmillan Publishers Limited
Poiché queste forme sono biassiali, presentano risonanze plasmoniche a diverse lunghezze d'onda per ciascun asse, con i colori determinati quasi interamente dalla dimensione dell'asse parallelo alla direzione di polarizzazione. Per esempio, un pixel ellittico da 130 nm x 190 nm appare verde sotto sì -luce polarizzata e viola sotto X -luce polarizzata. Confrontando le due forme di pixel, i ricercatori hanno scoperto che i pixel ellittici hanno una gamma più ampia di colori dipendenti dalla polarizzazione, mentre i pixel dimerici nanoquadrati hanno livelli inferiori di diafonia, riducendo al minimo la miscelazione indesiderata dei colori.
Per dimostrare come questi nanopixel potrebbero consentire microstampe 3D a colori ad alta risoluzione, i ricercatori hanno progettato un'immagine stereoscopica contenente stelle su un foglio 2D sovrapponendo due viste leggermente spostate della stessa immagine sulla stessa area. Poi hanno aggiunto an X - e sì -polarizzatore agli oculari di un microscopio. La visualizzazione della microstampa attraverso questo stereomicroscopio rivela un'immagine diversa per ogni polarizzazione, e le immagini combinate vengono visualizzate come un'immagine 3D.
Oltre alle stampe 3D, i nanopixel sensibili alla polarizzazione potrebbero avere diverse altre applicazioni.
"Si può immaginare l'applicazione di queste stampe alla codifica o all'olografia di informazioni ottiche ad alta densità, " Yang ha detto. "Elementi di sicurezza 3D che sono difficili da replicare, e che offrono diversi livelli di autenticazione, potrebbe essere generato anche per tecnologie anticontraffazione e anticontraffazione".
I ricercatori notano anche che è possibile creare pixel in grado di codificare non solo due, ma tre o più immagini in un singolo pixel. Per esempio, le nanostrutture che hanno forme circolarmente asimmetriche potrebbero avere più di due risonanze dipendenti dalla polarizzazione a causa della dimensione aggiuntiva circolarmente polarizzata. I ricercatori hanno anche in programma di compiere passi verso la commercializzazione.
"Andando avanti, c'è molto interesse nello sviluppo di tecniche per la creazione di tali stampe con un costo significativamente inferiore e una maggiore produttività, entrambi sono indispensabili affinché questa tecnologia sia implementabile a livello industriale, " ha detto Yang.
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