Новият алгоритъм проправя пътя за по-големи, по-сложни металензи


Алгоритмите дават възможност на метален дизайн

Произведените метални елементи заедно с микро-LCD дисплей, показващ логото на Харвард. Кредит: Capasso Lab/Harvard SEAS

Компактните и леки метаповърхности, които използват специално проектирани и шарени наноструктури върху плоска повърхност, за да фокусират, оформят и контролират светлината, са обещаваща технология за приложения за носене, особено системи за виртуална и разширена реалност. Днес изследователските екипи старателно проектират специфичния модел на наноструктури на повърхността, за да постигнат желаната функция на лещата, независимо дали това е разрешаване на наномащабни характеристики, едновременно създаване на няколко изображения, възприемащи дълбочината, или фокусиране на светлината, независимо от поляризацията.

Ако metalens ще се използва комерсиално в AR и VR системи, ще трябва да се увеличи значително, което означава, че броят на наностълбове ще бъде в милиарди. Как изследователите могат да проектират нещо толкова сложно? Ето къде идва изкуственият интелект.

В скорошен документ, публикуван в Природни комуникацииекип от изследователи от Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) и Massachusetts Institute of Technology (MIT) описаха нов метод за проектиране на мащабни метаповърхности, който използва техники на машинен интелект за автоматично генериране на проекти .

„Тази статия полага основите и подхода за проектиране, които могат да повлияят на много устройства от реалния свят“, каза Федерико Капасо, Робърт Л. Уолъс, професор по приложна физика и Винтън Хейс, старши научен сътрудник по електроинженерство в SEAS и старши автор на статията. „Нашите методи ще позволят нови метаповърхност проекти, които могат да окажат влияние върху виртуалната или разширената реалност, самоуправляващите се автомобили и машинното зрение за качени системи и сателити.”

Алгоритмите дават възможност на метален дизайн

Резултати от VR изображения на Metalens на кула на Харвард в червени, зелени и сини канали. Кредит: Capasso Lab/Harvard SEAS

Досега изследователите се нуждаеха от години знания и опит в областта, за да проектират метаповърхност.

„Ръководили сме се от базиран на интуиция дизайн, разчитайки до голяма степен на обучението си по физика, което е ограничено в броя на параметрите, които могат да се разглеждат едновременно, ограничени от капацитета на човешката работна памет“, каза Джаои Ли, научен сътрудник в SEAS и съ-водещ автор на статията.

За да преодолее тези ограничения, екипът научи компютърна програма на физиката на метаповърхностния дизайн. Програмата използва основите на физиката за автоматично генериране на метаповърхностни проекти, проектирайки милиони до милиарди параметри едновременно.

Това е обратен процес на проектиране, което означава, че изследователите започват с желаната функция на металите – като леща, която може да коригира хроматичната аберация— и програмата намира най-добрите геометрии на дизайна за постигане на тази цел, използвайки своите изчислителни алгоритми.

Алгоритмите дават възможност на метален дизайн

Произведените метални елементи заедно с микро-LCD дисплей, показващ логото на Харвард. Кредит: Capasso Lab / Harvard SEAS

„Оставянето на компютъра да вземе решение е по своята същност страшно, но ние демонстрирахме, че нашата програма може да действа като компас, насочвайки пътя към оптималния дизайн“, каза Рафаел Пестури, постдокторант в MIT и съ-водещ автор на статията. „Нещо повече, целият процес на проектиране отнема по-малко от един ден при използване на лаптоп с един процесор, в сравнение с предишния подход, който ще отнеме месеци, за да симулира една метаповърхност с диаметър 1 см, работеща във видимия спектър на светлината.

„Това е увеличение с порядък в мащаба на инверсния дизайн за наноструктурирани фотонни устройствагенерирайки устройства с диаметър десетки хиляди дължини на вълната в сравнение със стотици в предишни работи и отваря нови класове приложения за изчислително откритие“, каза Стивън Дж. Джонсън, професор по приложна математика и физика в MIT и съ-автор на хартията.

Въз основа на новия подход, изследователският екип проектира и изработи сантиметров мащаб, нечувствителен към поляризация, RGB-ахроматичен метаокуляр за виртуална реалност (VR) платформа.

„Представената ни платформа за VR се основава на метаокуляр и микро-LCD с лазерно осветяване, който предлага много желани функции, включително компактност, леко тегло, висока разделителна способност, широка цветова гама и други“, каза Ли. „Ние вярваме в метаповърхността, форма на плоска оптикаотваря нов път за преоформяне на бъдещето на VR.”

Изследването е съавторство от Joon-Suh Park и Yao-Wei Huang.


Превръщане на всяка камера в поляризационна камера


Повече информация:
Zhaoyi Li et al, Инверсният дизайн позволява широкомащабна високопроизводителна мета-оптика, преоформяща виртуалната реалност, Природни комуникации (2022 г.). DOI: 10.1038/s41467-022-29973-3

Цитат: Нов алгоритъм проправя пътя за по-големи, по-сложни металензи (2022 г., 17 май), извлечени на 21 май 2022 г. от https://phys.org/news/2022-05-algorithm-approach-paves-larger-complex.html

Този документ е обект на авторско право. Освен всяка честна сделка с цел частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писменото разрешение. Съдържанието е предоставено само за информационни цели.