- 28,114
- 46
- 8 Ноя 2022
Это то меняет голографию так же, как стереозвук изменил кино.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:800/450;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
Китайские инженеры создали метаповерхность , которая может одновременно формировать десятки разных голограмм. Разработка команды из Юго-Восточного университета решает одну из главных проблем современной голографии: большинство систем умеют выводить только одно качественное изображение за раз, а попытка добавить больше независимых каналов обычно снижает качество картинки или скорость обновления.
Голограммы получают за счёт точного управления световыми волнами: их формой, направлением и фазой. Такие изображения применяют в визуализации объектов, измерениях, защите документов и банковских карт, а также в образовательных инструментах. Качество голограмм за последние годы заметно выросло, но одновременная генерация нескольких независимых изображений по-прежнему остаётся сложной инженерной задачей.
Новая система построена на программируемой метаповерхности . Так называют сверхтонкий искусственный материал, элементы которого меняют свойства проходящих или отражённых волн. В образце китайских исследователей 6 144 независимо управляемых элемента. Каждый элемент можно переключать между двумя фазовыми состояниями, а общий рисунок переключений задаётся не только в пространстве, но и во времени.
Один из авторов работы Цянь Ма объяснил, что проект вырос из исследований пространственно-временного кодирования. Команда заметила, что алгоритм Герчберга-Сакстона, который используют для расчёта фазовых картин в голографии, особенно эффективно работает в такой схеме. Учёные решили применить тот же принцип к метаповерхности и разделить один входной сигнал на множество независимых гармонических каналов.
В обычной голографии для увеличения числа каналов часто используют поляризацию, длину волны или орбитальный угловой момент света. Такие методы помогают уплотнять информацию, но ограничены по ёмкости и гибкости. В новой работе ставка сделана на пространственно-временную модуляцию: поверхность быстро меняет состояние, а отражённая волна распадается на несколько гармонических частот. Каждая из них может нести собственную голограмму.
Исследователи сравнивают эффект с музыкальным аккордом: один входной тон после быстрой модуляции превращается в набор разных частот. Для каждой гармоники алгоритм ST-GS рассчитывает отдельный голографический рисунок. Благодаря этому одна метаповерхность может проецировать множество изображений одновременно, а не показывать их по очереди.
На экспериментальном образце команда получила до 62 разных голографических изображений за один раз. Частота обновления кадров превысила 1 МГц, а эквивалентная полоса кодирования достигла 6 Гбит/с. Авторы подчёркивают, что система работает именно параллельно: каналы появляются одновременно, без слепых промежутков, характерных для схем с последовательным переключением изображений.
Алгоритм ST-GS также ускоряет расчёт голограмм по сравнению с эвристическими методами вроде оптимизации роем частиц. По словам Ма, выигрыш достигает нескольких порядков, поэтому систему можно использовать в динамическом режиме, когда изображение или направление лучей нужно менять в реальном времени.
Команда уже показала не только статические голограммы, но и систему отслеживания нескольких движущихся целей. Такой режим важен для задач, где нужно быстро направлять разные лучи в разные точки. Потенциальные применения включают интеллектуальные дисплеи, виртуальную реальность, радиолокацию, беспроводную связь нового поколения, анализ спектра, дистанционное наблюдение и сенсорные системы.
Особенно перспективной разработка может стать для адаптивного формирования лучей. В радарах и сетях связи будущего передатчик должен быстро перенаправлять энергию между несколькими объектами или пользователями. Метаповерхность с десятками параллельных каналов даёт способ делать такую настройку без механического поворота антенн и без последовательного перебора направлений.
Дальше исследователи хотят перенести алгоритм ST-GS прямо в FPGA-контроллер, который управляет 6 144 элементами поверхности. Сейчас чипу требуется обмен с внешним компьютером, а встроенная обработка сделает систему компактнее и быстрее. Команда также планирует объединить пространственно-временную голографию с другими способами мультиплексирования, включая поляризацию и орбитальный угловой момент, чтобы ещё сильнее увеличить информационную ёмкость.
Отдельное направление связано с нелинейными системами и разными режимами распространения волн. Авторы считают, что подход можно адаптировать для ближнего и дальнего поля, а также для задач на основе дробного преобразования Фурье. Если такие эксперименты подтвердятся, метаповерхности смогут стать не только новым типом голографического дисплея, но и универсальной платформой для управления волнами в связи, наблюдении и высокоскоростных измерениях.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:800/450;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
Китайские инженеры создали метаповерхность , которая может одновременно формировать десятки разных голограмм. Разработка команды из Юго-Восточного университета решает одну из главных проблем современной голографии: большинство систем умеют выводить только одно качественное изображение за раз, а попытка добавить больше независимых каналов обычно снижает качество картинки или скорость обновления.
Голограммы получают за счёт точного управления световыми волнами: их формой, направлением и фазой. Такие изображения применяют в визуализации объектов, измерениях, защите документов и банковских карт, а также в образовательных инструментах. Качество голограмм за последние годы заметно выросло, но одновременная генерация нескольких независимых изображений по-прежнему остаётся сложной инженерной задачей.
Новая система построена на программируемой метаповерхности . Так называют сверхтонкий искусственный материал, элементы которого меняют свойства проходящих или отражённых волн. В образце китайских исследователей 6 144 независимо управляемых элемента. Каждый элемент можно переключать между двумя фазовыми состояниями, а общий рисунок переключений задаётся не только в пространстве, но и во времени.
Один из авторов работы Цянь Ма объяснил, что проект вырос из исследований пространственно-временного кодирования. Команда заметила, что алгоритм Герчберга-Сакстона, который используют для расчёта фазовых картин в голографии, особенно эффективно работает в такой схеме. Учёные решили применить тот же принцип к метаповерхности и разделить один входной сигнал на множество независимых гармонических каналов.
В обычной голографии для увеличения числа каналов часто используют поляризацию, длину волны или орбитальный угловой момент света. Такие методы помогают уплотнять информацию, но ограничены по ёмкости и гибкости. В новой работе ставка сделана на пространственно-временную модуляцию: поверхность быстро меняет состояние, а отражённая волна распадается на несколько гармонических частот. Каждая из них может нести собственную голограмму.
Исследователи сравнивают эффект с музыкальным аккордом: один входной тон после быстрой модуляции превращается в набор разных частот. Для каждой гармоники алгоритм ST-GS рассчитывает отдельный голографический рисунок. Благодаря этому одна метаповерхность может проецировать множество изображений одновременно, а не показывать их по очереди.
На экспериментальном образце команда получила до 62 разных голографических изображений за один раз. Частота обновления кадров превысила 1 МГц, а эквивалентная полоса кодирования достигла 6 Гбит/с. Авторы подчёркивают, что система работает именно параллельно: каналы появляются одновременно, без слепых промежутков, характерных для схем с последовательным переключением изображений.
Алгоритм ST-GS также ускоряет расчёт голограмм по сравнению с эвристическими методами вроде оптимизации роем частиц. По словам Ма, выигрыш достигает нескольких порядков, поэтому систему можно использовать в динамическом режиме, когда изображение или направление лучей нужно менять в реальном времени.
Команда уже показала не только статические голограммы, но и систему отслеживания нескольких движущихся целей. Такой режим важен для задач, где нужно быстро направлять разные лучи в разные точки. Потенциальные применения включают интеллектуальные дисплеи, виртуальную реальность, радиолокацию, беспроводную связь нового поколения, анализ спектра, дистанционное наблюдение и сенсорные системы.
Особенно перспективной разработка может стать для адаптивного формирования лучей. В радарах и сетях связи будущего передатчик должен быстро перенаправлять энергию между несколькими объектами или пользователями. Метаповерхность с десятками параллельных каналов даёт способ делать такую настройку без механического поворота антенн и без последовательного перебора направлений.
Дальше исследователи хотят перенести алгоритм ST-GS прямо в FPGA-контроллер, который управляет 6 144 элементами поверхности. Сейчас чипу требуется обмен с внешним компьютером, а встроенная обработка сделает систему компактнее и быстрее. Команда также планирует объединить пространственно-временную голографию с другими способами мультиплексирования, включая поляризацию и орбитальный угловой момент, чтобы ещё сильнее увеличить информационную ёмкость.
Отдельное направление связано с нелинейными системами и разными режимами распространения волн. Авторы считают, что подход можно адаптировать для ближнего и дальнего поля, а также для задач на основе дробного преобразования Фурье. Если такие эксперименты подтвердятся, метаповерхности смогут стать не только новым типом голографического дисплея, но и универсальной платформой для управления волнами в связи, наблюдении и высокоскоростных измерениях.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
