Nową koncepcję wykorzystania ultraszybkiego zapisu magnetycznego do tworzenia i wyświetlania dynamicznych obrazów holograficznych zaproponowali fizycy z Uniwersytetu w Białymstoku i Politechniki Warszawskiej we współpracy z naukowcami z Japonii i Holandii. Dzięki temu możliwe będzie pokonanie bariery rozdzielczości oraz szybkości obliczeń i wyświetlania tych obrazów.
Opracowanie w pełni trójwymiarowych wyświetlaczy pozostaje jednym z największych wyzwań współczesnej nauki i technologii. Docelową i jedyną możliwością naturalnego wyświetlania przestrzennych obrazów 3D pozostaje holografia. Oferuje ona możliwość niezwykle wydajnego i prostego obrazowania dynamicznego, zarówno w wyświetlaczach telewizyjnych, jak i w przyocznych. Dlaczego więc wciąż pozostaje niewykorzystana?
Do odtworzenia wysokiej jakości obrazu 3D wymagana jest olbrzymia rozdzielczość wzoru holograficznego, znacznie przekraczająca standardy klasycznej telewizji. Problem stanowi także konieczność obliczania, przesyłania i aktualizowania w pamięci komputerowej tak dużej ilości informacji niezbędnych do odtworzenia końcowych obrazów 3D, w czasie rzeczywistym, w ośrodku modulującym światło – tłumaczy prof. Andrzej Stupakiewicz z Wydziału Fizyki Uniwersytetu w Białymstoku.
Zespół fizyków z UwB i Politechniki Warszawskiej, we współpracy z naukowcami z Japonii i Holandii, zaproponował nową metodę pokonującą te ograniczenia. Istota odkrycia polega na zastosowaniu do zapisu hologramów generowanych komputerowo nośnika optomagnetycznego. To znany, syntetyczny stop gadolinu, żelaza i kobaltu w postaci warstwy o grubości 20 nanometrów na podłożu szklanym. Niezwykłą cechą tego materiału jest możliwość magnetycznego zapisu dowolnych wzorów za pomocą wyłącznie impulsów z lasera femto- lub pikosekundowego, w sposób powtarzalny i odwracalny.
Po raz pierwszy zaproponowaliśmy wykorzystanie ultraszybkiego zapisu magnetycznego do tworzenia wzorów holograficznych o dużej rozdzielczości przestrzennej – wyjaśnia prof. Stupakiewicz.
Wyniki badań opublikowało prestiżowe czasopismo „Nature Communications”. W artykule zaprezentowano gęstość umożliwiającą zapis 3600 × 3600 punktów na jeden cal kwadratowy. Nowa metoda, przy zastosowaniu bezpikselowego nośnika magnetycznego, zapamiętuje obraz holograficzny tak, jak w dysku magnetycznym, natomiast sam proces zapisu, kasowania i ponownego zapisu odbywa się bezkontaktowo i wyłącznie za pomocą wiązki impulsów światła.
Pozostaje pytanie, jak można szybko generować pełny hologram o dużej rozdzielczości? Rozwiązanie tego problemu zaproponował zespół pod kierunkiem dr. hab. inż. Michała Makowskiego z Wydziału Fizyki Politechniki Warszawskiej. Opracowano algorytm, który polega na obliczaniu hologramu punkt po punkcie. W tym przypadku pamięć komputera nie jest wymagana, a proces obliczenia jest realizowany przez procesory graficzne FPGA w czasie nawet nanosekundy. Jak podają autorzy publikacji, ultraszybki zapis magnetyczny umożliwia zapis punktu z czasem do kilkudziesięciu pikosekund.
Szacuje się, że zastosowanie gigahercowej częstotliwości repetycji lasera światłowodowego oraz kilku modułów FPGA, pozwoli na dynamiczny, rekordowo wysokorozdzielczy zapis nawet 8000 × 8000 punktów z wymaganą docelową częstotliwością pełnych klatek 180 Hz – dodają naukowcy.
Wszystkie badania eksperymentalne zostały przeprowadzone w Białymstoku, przy wsparciu Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej w ramach projektu TEAM, koordynowanego przez prof. Stupakiewicza. Z uwagi na duży potencjał aplikacyjny nowej metody, zespoły naukowców z Uniwersytetu w Białymstoku oraz Politechniki Warszawskiej podjęły już dalsze prace badawczo-rozwojowe. Udało się już opracować laboratoryjny układ do zapisu i wizualizacji hologramów. Dzięki współpracy z Centrum Transferu Technologii Politechniki Warszawskiej możliwe będzie opracowanie prototypu holograficznego wyświetlacza przyocznego, a po uzyskaniu patentu – jego komercjalizacja.
MK, źródło: UwB