O nouă abordare algoritmică deschide calea pentru metalens mai mari și mai complexe

Metale fabricate, precum și un ecran micro-LCD care afișează sigla Harvard. Credit: Capasso Lab/Harvard SEAS

Metasuprafețele compacte și ușoare, care utilizează nanostructuri special concepute modelate pe o suprafață plană pentru a focaliza, modela și controla lumina, sunt o tehnologie promițătoare pentru aplicațiile portabile, în special sistemele de realitate virtuală și augmentată. Astăzi, echipele de cercetare proiectează cu minuțiozitate modelul specific al nanostructurilor de pe suprafață pentru a atinge funcția dorită a lentilei, fie că este rezolvarea caracteristicilor la scară nanometrică, producerea simultană a mai multor imagini de percepție a vederii, adâncimea sau focalizarea luminii indiferent de polarizare.

Dacă metalenele vor fi utilizate comercial în sistemele AR și VR, acestea vor trebui extinse în mod semnificativ, ceea ce înseamnă că numărul de nanoploni va ajunge la miliarde. Cum pot cercetătorii să proiecteze ceva atât de complex? Aici intervine inteligența artificială.

Într-un articol recent, publicat în Comunicarea Naturiio echipă de cercetători de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) și Massachusetts Institute of Technology (MIT) au descris o nouă metodă de proiectare a metasuprafețelor la scară mare care utilizează tehnici de inteligență artificială pentru a genera automat desene.

„Această lucrare pune bazele și abordarea de proiectare care pot influența multe dispozitive din lumea reală”, a declarat Federico Capasso, Robert L. Wallace Profesor de Fizică Aplicată și Vinton Hayes, cercetător principal în Inginerie Electrică la SEAS și autor principal al articolului. „Metodele noastre vor permite modele noi de metasuprafețe care pot avea impact asupra realității virtuale sau augmentate, a mașinilor cu conducere autonomă și a viziunea artificială pentru sistemele încorporate și sateliți”.

Algoritmii întăresc designul metalenilor

Rezultatele imaginilor Metalens VR ale unui turn Harvard în canalele roșu, verde și albastru. Credit: Capasso Lab/Harvard SEAS

Până acum, cercetătorii aveau nevoie de ani de cunoștințe și experiență în domeniu pentru a proiecta o metasuprafață.

„Am fost ghidați de un design bazat pe intuiție, bazându-ne foarte mult pe pregătirea sa în fizică, care era limitată în numărul de parametri care puteau fi luați în considerare simultan, limitate așa cum suntem noi de capacitatea de a avea memoria de lucru umană”, a spus Zhaoyi Li. cercetător asociat la SEAS și co-autor principal al lucrării.

Pentru a depăși aceste limitări, echipa a predat un program de calculator fizica designului metasuprafeței. Programul folosește elementele de bază ale fizicii pentru a genera automat modele de metasuprafețe, proiectând milioane până la miliarde de parametri simultan.

Este un proces de proiectare inversă, ceea ce înseamnă că cercetătorii încep cu o funcție dorită a metalului, cum ar fi o lentilă capabilă să corecteze aberația cromatică, iar programul găsește cele mai bune geometrii de proiectare pentru atingerea acestui obiectiv cu ajutorul algoritmilor săi de calcul.

Algoritmii întăresc designul metalenilor

Metale fabricate, precum și un ecran micro-LCD care afișează sigla Harvard. Credit: Capasso Lab / Harvard SEAS

„Lăsarea unui computer să ia o decizie este în mod inerent înfricoșător, dar am demonstrat că programul nostru poate acționa ca o busolă, arătând calea către un design optim”, a spus Raphaël Pestourie, asociat postdoctoral la MIT și co-autor principal al articolului. „În plus, întregul proces de proiectare durează mai puțin de o zi cu un laptop cu un singur CPU, în comparație cu abordarea anterioară, care ar dura luni pentru a simula o singură metasuprafață cu diametrul de 1 cm care funcționează în spectrul vizibil al luminii.

„Aceasta este o creștere de ordin de mărime a scalei de proiectare inversă pentru dispozitivele fotonice nanostructurate, producând dispozitive de zeci de mii de lungimi de undă în diametru, în comparație cu sute din lucrările anterioare. și deschide noi clase de aplicații pentru descoperirea computațională.” a spus Steven G. Johnson, profesor de matematică aplicată și fizică la MIT și co-autor corespondent al lucrării.

Pe baza noii abordări, echipa de cercetare a proiectat și fabricat un meta-ocular RGB acromatic insensibil la polarizare la scară centimetrică pentru o platformă de realitate virtuală (VR).

„Platforma noastră VR prezentată se bazează pe un meta-ocular și un micro-LCD cu iluminare din spate cu laser, care oferă multe caracteristici de dorit, inclusiv compactitate, greutate redusă, rezoluție înaltă, gamă largă de culori etc.”, a spus Li. „Noi credem că metasuprafața, o formă de optică plată, deschide o nouă cale pentru remodelarea viitorului realității virtuale.”

Cercetarea este în colaborare cu Joon-Suh Park și Yao-Wei Huang.


Transformă orice cameră într-o cameră de polarizare


Mai multe informatii:
Zhaoyi Li și colab., designul invers permite meta-opticii de înaltă performanță la scară largă care remodelează realitatea virtuală, Comunicarea Naturii (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-29973-3

Furnizat de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences

Citat: Noua abordare algoritmică deschide calea pentru metalenși mai mari și mai complexe (17 mai 2022) Preluat la 18 mai 2022 de la https://phys.org/news/2022-05-algorithm-approach-paves-larger-complex .html

Acest document este supus dreptului de autor. Cu excepția utilizării loiale în scopuri de studiu sau cercetare privată, nicio parte nu poate fi reprodusă fără permisiunea scrisă. Conținutul este oferit doar cu titlu informativ.

Add Comment