Сложная модуляция света — управление его амплитудой и фазой — критически важна для лазерных технологий в телекоммуникациях, 3D-дисплеях, биомедицинской визуализации и астрономии. Несмотря на впечатляющий прогресс, точность, скорость и универсальность таких систем требуют улучшений.

Сердце технологии — пространственные модуляторы света (SLM), матрицы пикселей, которые управляют отдельными участками светового поля.

Однако даже лучшие SLM, например цифровые микрозеркальные устройства (DMD), работают в режиме «вкл/выкл», меняя только яркость. Это ограничивает их эффективность: больше 90% света теряется.

Прорыв обещают фазовые модуляторы (PLM) от Texas Instruments. Их микрозеркала не просто наклоняются, а сдвигаются, создавая 16 градаций фазы.

Они сохраняют преимущества DMD — скорость и разрешение, — но добавляют контроль фазы без искажений и зависимости от поляризации.

Проблема в том, что из-за технологических погрешностей реальное число рабочих градаций меньше четырех, а неравномерность фазового отклика требует калибровки.

Мы нашли решение — бинарные фазовые суперпиксели (BiPE). Они используют только два состояния фазы (0 и π), игнорируя нелинейности PLM, но комбинируя пиксели, добиваются 10-кратного роста числа управляемых состояний света. Эффективность стремится к 100%, так как свет не блокируется, а перенаправляется. Уже сейчас BiPE работают на частоте 1.44 кГц и применяются в формировании структурированных пучков, проекции изображений и AR-дисплеях.

Следующий шаг — алгоритмы для быстрого расчета голограмм на GPU. Это откроет дорогу адаптивным дисплеям с минимумом вычислительных ресурсов.

Результаты опубликованы в издании Light: Advanced Manufacturing.

BiPE-метод устраняет ключевые недостатки DMD (низкий КПД) и PLM (нелинейность фазы), предлагая компромисс: простоту бинарного управления + богатство комплексной модуляции. Это ускорит внедрение голографических дисплеев, точных лазерных систем в медицине (например, оптическая биопсия) и компактных AR-решений. Главное — технология масштабируема: она не требует дорогих материалов, а использует модернизированные SLM.

Хотя BiPE обходит проблему нелинейности PLM, их точность пока ограничена разрешением суперпикселей. При малых размерах кластеров (например, 2×2 пикселя) уровень шумов может возрасти, что критично для задач микроскопии.

Ранее ученые разработали лазерную тягу.