研究人員設(shè)計(jì)了一種新的基于芯片的設(shè)備，該設(shè)備可以在沒(méi)有活動(dòng)部件的情況下整形和控制藍(lán)光。該設(shè)備可以極大地減少用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和各種其他應(yīng)用的光投射組件的尺寸。

哥倫比亞大學(xué)研究小組負(fù)責(zé)人米哈爾·利普森(Michal Lipson)說(shuō)：“我們的藍(lán)色相控陣平臺(tái)可以為許多新興應(yīng)用快速，精確地重新配置可見(jiàn)光，涵蓋全息顯示，量子信息處理以及生物傳感和刺激。”“它為在大視野范圍內(nèi)的整個(gè)可見(jiàn)范圍內(nèi)進(jìn)行芯片級(jí)光投射鋪平了道路，并且可以使當(dāng)前龐大的光學(xué)系統(tǒng)小型化。”

利普森(Lipson)及其同事在光學(xué)學(xué)會(huì)(OSA)的《光學(xué)快報(bào)》上描述了這種新設(shè)備。它是第一個(gè)使用氮化硅平臺(tái)在藍(lán)色波長(zhǎng)下工作的芯片級(jí)光學(xué)相控陣(OPA)。通過(guò)啟用3D光圖案的任意重新配置，OPA的功能類(lèi)似于可重新配置的鏡頭。

新的OPA是由DARPA資助的項(xiàng)目的一部分，該項(xiàng)目的目的是創(chuàng)建一種輕巧，低功耗的頭戴式顯示器，該顯示器可以將可視信息以極高分辨率和大視野投射到視網(wǎng)膜上。如今，這種類(lèi)型的增強(qiáng)顯示是不可能的，因?yàn)橛糜谡魏鸵龑?dǎo)光的光投射組件體積龐大且視野有限。

可見(jiàn)操作

OPA提供了替代大型光投射設(shè)備的方法，但通常使用硅制造，而硅只能用于近紅外波長(zhǎng)。藍(lán)色波長(zhǎng)要求OPA由工作在可見(jiàn)波長(zhǎng)的半導(dǎo)體材料(例如氮化硅)制成。但是，制造和材料挑戰(zhàn)使實(shí)用的藍(lán)色OPA難以實(shí)現(xiàn)。

研究人員最近優(yōu)化了氮化硅制造工藝，以克服這一挑戰(zhàn)。在這項(xiàng)新工作中，他們應(yīng)用了這個(gè)新平臺(tái)來(lái)創(chuàng)建基于芯片的OPA。

該論文的共同第一作者M(jìn)in Chul Shin說(shuō)：“如果器件的制造不完美，則較小的波長(zhǎng)會(huì)散射得更多，從而導(dǎo)致更高的光損耗。”“因此，展示一種在藍(lán)色波長(zhǎng)下工作的OPA意味著我們可以在整個(gè)可見(jiàn)光范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。”

研究人員使用新的藍(lán)光OPA演示了在50度視野內(nèi)的光束轉(zhuǎn)向。他們還通過(guò)生成字母的2D圖像顯示了這種類(lèi)型的圖像投影平臺(tái)的潛在優(yōu)勢(shì)。

該論文的共同第一作者Aseema Mohanty說(shuō)：“我們測(cè)試過(guò)的所有芯片都運(yùn)行良好。“該系統(tǒng)的大規(guī)模集成可以使用當(dāng)今的光刻技術(shù)來(lái)完成。因此，該新平臺(tái)引入了一個(gè)平臺(tái)，用于在整個(gè)可見(jiàn)范圍內(nèi)完全可重新配置的芯片級(jí)3D體積光投影。”

從計(jì)算機(jī)到生物學(xué)的應(yīng)用

新的藍(lán)色OPA可用于受困的離子量子計(jì)算機(jī)，后者需要在可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)的激光器才能進(jìn)行微米級(jí)的光刺激。陷阱離子量子計(jì)算機(jī)是用于量子計(jì)算的最有前途的實(shí)用設(shè)計(jì)之一，這種新興技術(shù)有望比傳統(tǒng)計(jì)算快得多。

新的基于芯片的設(shè)備也可以用于光遺傳學(xué)，它使用可見(jiàn)光控制活體組織中的神經(jīng)元和其他細(xì)胞。例如，該設(shè)備可用于制造可植入設(shè)備，以刺激疾病動(dòng)物模型中神經(jīng)元上的光敏標(biāo)簽。

研究人員計(jì)劃進(jìn)一步優(yōu)化OPA的功耗，因?yàn)榈凸牟僮鲗?duì)于輕巧的頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示器和光遺傳學(xué)應(yīng)用至關(guān)重要。