Многие высокотехнологичные компании мира сейчас занимаются созданием разнообразных дисплеев виртуальной реальности, которые пользователь может носить на голове. Это игровые и обучающие шлемы виртуальной реальности и другие подобные приборы. Однако вывод изображения производится на дисплей, который сокращает обзор пользователя. Все большее производителей экспериментируют с созданием «умных» очков, дополняющих картину реального мира, которую пользователь видит сквозь очки, различными данными: от медицинских показателей до сообщений из соцсетей.
Именно над решением этих проблем и будет работать большая команда ученых Университета ИТМО и Физического института имени П.Н. Лебедева Российской Академии Наук. Российский научный фонд предоставил группе грант на эти исследования.
«Сейчас нам на рынке предлагают дисплеи, где формируется действительное изображение, ограничивающее поле зрения пользователя, — объясняет научный сотрудник факультета лазерной фотоники и оптоэлектроники Университета ИТМО Роман Заколдаев, — чтобы изображение появлялось в прозрачных средах можно задействовать моды оптических микроволноводов, незаметных для пользователя. В своем проекте мы будем проводить исследования, направленные на моделирование работы дисплеев дополненной реальности новых типов, отличающихся применением новых функциональных оптических элементов, недоступных ранее».
Очки с невидимым узором
Для того, чтобы превратить само стекло очков в экран в нем необходимо проделать специальные каналы шириной в несколько микрометров (тысячные доли миллиметра). Эти каналы будут служить волноводами, то есть по ним будут особым образом идти оптические волны, создавая голографические изображения, которые сможет увидеть пользователь. Эти каналы могут находиться как на поверхности стекла, так и внутри него.
«Для создания таких волноводов используется технология прямой фемтосекундной лазерной записи, — рассказывает научный сотрудник факультета лазерной фотоники и оптоэлектроники Максим Сергеев, — однако для получения требуемых по типу и качеству волноводных структур необходимо решить целый ряд задач. Недостаточной является запись линейных волноводов пучком сфокусированного излучения. Для создания подобных структур потребуются интерференционные схемы, преобразующие лазерное излучение. Например, на первом этапе проекта мы проверим возможность записи периодических структур в силикатном стекле при использовании схем многолучевой интерференции лазерных пучков».
Далее ученым предстоит работать над формой и оптическими свойствами самих волноводов — они все отличаются по геометрии и структуре. Классические волноводы — это сердцевина и оболочка, однако исследователи ставят своей задачей выявить особенности процессов уплотнения-разуплотнения стекла под действием фемтосекундных лазерных импульсов, что позволит реализовать многослойные и многоканальные типы волноводных элементов.
От гаджета до рабочей экипировки
В настоящее время ученые работают со стеклом как с основой для создания таких носимых дисплеев. Через два года планируется начать эксперименты также с прозрачными полимерами. Помимо волноводов, отвечающих за вывод изображения, создаётся класс оптофлюидных структур, выполняющих задачи мониторинга окружающего пространства, в котором работает пользователь.
«Такой сенсинг окружающей среды позволит сигнализировать об опасности, — объясняет ведущий научный сотрудник факультета лазерной фотоники и оптоэлектроники Сергей Кудряшов, — скажем, произошла утечка какого-то газа, в помещении превысило его концентрацию и у вас перед глазами появляется соответствующее предупреждение. При этом для этого не нужен спектрометр, операции сенсинга и оповещения будут протекать на едином устройстве за счет интеграции элементов на стеклянной подложке. В идеале можно свести все элементы – волноводы, которые выводят изображение, и оптофлюидные структуры, которые будут регистрировать изменения среды, на одном стеклянном или полимерном чипе».
Исследования проводятся за счет гранта Российского научного фонда (проект № 20-71-10103).
