Учёные UCLA научили оптику проецировать 28 трёхмерных слоёв в одном кадре

Ученые Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) создали технологию, которая позволяет одновременно проецировать 28 различных трехмерных изображений в одном кадре. Разработка решает ключевую проблему современной голографии — потерю качества при близком расположении слоев, что открывает путь к созданию реалистичных дисплеев для виртуальной и дополненной реальности.

Как работает система

Гибридная архитектура объединяет цифровой кодировщик на основе нейронной сети и пассивный оптический декодер. Нейросеть, используя преобразование Фурье, обрабатывает целевые изображения и извлекает их пространственные характеристики. Затем формируется единая фазовая структура, кодирующая все 28 изображений и их положение в трехмерном пространстве.

Полученный волновой фронт проходит через физически оптимизированные дифракционные поверхности. Эти поверхности программируют распространение света в зависимости от глубины, направляя каждое изображение на нужную осевую плоскость.

Преодоление дифракционных помех

Главная проблема существующих голографических дисплеев — помехи от дифракции света, когда осевые плоскости расположены слишком близко. Команда профессора Айдогана Озджана решила эту задачу, разделив плоскости на расстояние порядка одной длины волны света. Численное моделирование показало, что система масштабируется для работы с 28 слоями в одном фазовом шаблоне.

Экспериментальное подтверждение

Прототип с двумя плоскостями подтвердил эффективность подхода. Измеренные показатели интенсивности совпали с расчетами и значительно превзошли результаты базовых систем без дифракционного декодера. Ключевые конструктивные параметры, включая эффективность дифракции, разрешение светомодулятора и глубину декодера, уже определены.

Перспективы применения

Технология найдет применение в голографических дисплеях дополненной и виртуальной реальности, микроскопии с несколькими уровнями фокусировки, объемной визуализации в реальном времени и оптических вычислительных системах. В будущем разработку планируют расширить для работы с несколькими диапазонами спектра и многоракурсной голографии.

Результаты исследования опубликованы в журнале Light: Science & Applications.

По материалам: iXBT