КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 20-71-10103
НазваниеФемтосекундная лазерная 3Д-фабрикация интегральных оптических устройств для интерфейсов виртуальной и дополненной реальности
Руководитель Романова Галина Викторовна, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" , г Санкт-Петербург
Конкурс №50 - Конкурс 2020 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах; 01-511 - Системы визуализации и виртуального окружения
Ключевые слова ультракороткие импульсы, сплошные и нанопористые прозрачные диэлектрики, 3Д-печать, прямая запись, дифракционные и голографические оптические элементы, соединение световых пучков, волноводная голография, виртуальная и дополненная реальность, интегральная оптика
Код ГРНТИ29.31.27
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Информационный поток, в который вовлечен современный человек, все больше переходит в область виртуальной реальности, поскольку большая его часть формируется компьютерными 3Д технологиями. Оптический канал информации самый емкий для человеческого восприятия, соответственно создание виртуальных (Virtual reality - VR) дисплеев, а, более правильно, дисплеев дополненной реальности (Augmented Reality - AR), становится очень актуальной задачей оптики и лазерных технологий. Характерной чертой таких дисплеев является формирование увеличенного мнимого изображения, гораздо большего по своим размерам устройств его формирующих, а для носимых на голове (Head Mounted Displays - HMD) дисплеев критическим становится не только размер устройства, но и его масса. Таким образом, актуальной является миниатюризация всей оптической схемы, модуляторов света и источников света, составляющих базовые элементы HMD-дисплея требует разработки новых методов создания микро-оптических элементов и технологических процессов отвечающим принципам интегральной оптоэлектронной технологии.
В то же время, в разработке дисплеев дополненной реальности (augmented reality - AR) широко используются голографические методы, более того, наиболее широко распространившееся в настоящее время HMD дисплеи фирм: Microsoft (Hololens), Magic Leap, Aconia, Digilens, BAE systems - построены именно на голографических перископических базовых элементах, отличительной особенностью которых является компенсированный хроматизм в парном голографическом перископе. С другой стороны, плодотворное развитие волноводной голографии позволяет синтезировать больший выходной зрачок для систем отображения мнимого, увеличенного изображения, используемых в HMD-дисплеях. Волноводная голография является специфическим видом голографии, когда при записи или воспроизведении голограмм используются моды оптических микроволноводов. В настоящее время такого типа голограммы стали применяться в дисплейных системах как осветители, мультиплексоры зрачка в схемах дисплеев AR. Поэтому, с точки зрения массы и размера устройств для разрабатываемых перископических HMD, как и для встраиваемых HUD (Head-Up-Display) дисплеев с расширенным полем зрения и функциональностью также актуальной является миниатюризация их базовых оптических элементов в рамках интегральных мини-устройств, а также разработка технологий дешевого производства.
Миниатюрная интеграция оптических элементов, подобных тем, что применяются в дисплеях AR - оптические микроволноводов, дифракционных и голографических оптических элементов, в последнее время выполняется методами прямой фемтосекундной лазерной записи в объемных оптически-прозрачных материалах, 3Д-аддитивной и субтрактивной фабрикации [Lin et al. (2020) Freeform Microfluidic Networks Encapsulated in Laser‐Printed 3D Macroscale Glass Objects. Advanced Materials Technologies, 5(2), 1900989]. В настоящее время фундаментальные принципы такой прямой лазерной записи хорошо известны - лазерно-индуцированное уплотнение силикатных материалов, абляция, плазмон-поляритонная само-организация (дифракционные элементы) и многолучевая интерференция (голографические элементы). Однако остается востребованным разработка фундаментальных принципов технологий для записи функциональных структур в материалах фотоники для формирования высокоэффективных объемных и поверхностных дифракционных и голографических элементов.
В результате, научная новизна проекта заключается в проведении новых экспериментальных и теоретических исследований, направленных на разработку и создание миниатюрных (по размеру и массе) дифракционных и голографических оптических функциональных элементов, а также интегральных оптических устройств для HMD-дисплеев дополненной реальности. Теоретические исследования направлены на моделирование работы дисплеев дополненной реальности новых типов, отличающихся применением новых функциональных элементов, недоступных традиционной голографической технологии. Для этого планируется провести разработку фундаментальных основ технологии гибридной фемтосекундной лазерной трехмерной нано/микромасштабной записи и печати на поверхности и в объеме различных оптически-прозрачных диэлектрических материалов (силикатные и кварцевые стекла, полимеры) для формирования дифракционных оптических элементов, а также интегральных оптических устройств на их основе.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ