Pour la première fois, des chercheurs ont utilisé des cristaux liquides pour créer une fenêtre magique plate, un dispositif transparent qui produit une image cachée lorsque la lumière l'éclaire. La technologie représente une nouvelle tournure sur un très ancien tour de lumière.

Il y a des milliers d'années, des artisans en Chine et au Japon fabriquaient des miroirs en bronze qui ressemblaient à un miroir plat normal tout en regardant son reflet, mais formaient une autre image lorsqu'ils étaient frappés par la lumière directe du soleil. Il a fallu attendre le début du 20e siècle pour que les scientifiques comprennent que ces appareils fonctionnent parce qu'une image projetée à l'arrière du miroir crée de petites variations de surface qui provoquent la formation de l'image - et il a fallu jusqu'à présent pour que les ingénieurs appliquent le même principe au liquide. cristaux pour écrans high-tech.

"La fenêtre magique que nous avons créée apparaît parfaitement plate à l'œil nu mais, en fait, présente de légères variations qui créent une image en réponse à la lumière", a déclaré le chef de l'équipe de recherche Felix Hufnagel de l'Université d'Ottawa. "En concevant la fenêtre pour qu'elle soit relativement lisse, l'image créée peut être vue sur une large plage de distances depuis la fenêtre."

Dans Optica journal, Hufnagel et ses collègues décrivent le processus qu'ils ont développé pour créer des fenêtres magiques à cristaux liquides transparentes qui peuvent produire n'importe quelle image souhaitée. Le processus peut également être utilisé pour créer des miroirs magiques qui reflètent, plutôt que transmettent, la lumière pour créer une image.

"L'utilisation de cristaux liquides pour fabriquer des fenêtres ou des miroirs magiques pourrait un jour permettre de créer une version reconfigurable pour produire des fenêtres ou des films magiques artistiques dynamiques", a déclaré Hufnagel. "La possibilité d'obtenir une longue profondeur de champ pourrait également rendre l'approche utile pour les écrans 3D qui produisent des images 3D stables même lorsqu'elles sont vues à différentes distances."

Créer de la magie avec des cristaux liquides

Bien que les scientifiques aient compris depuis des décennies que les anciens miroirs magiques en bronze formaient des images à la suite de petites variations de surface, ce n'est qu'en 2005 que Michael Berry, un physicien mathématicien de l'Université de Bristol au Royaume-Uni, a dérivé la base mathématique de cet effet. . Il a ensuite étendu ces connaissances pour développer une base théorique pour les fenêtres magiques transparentes en plus des miroirs magiques réfléchissants. Ce travail a inspiré Hufnagel et ses collègues pour créer une fenêtre magique à base de cristaux liquides.

Les cristaux liquides sont des matériaux qui peuvent s'écouler comme un liquide conventionnel mais dont les molécules peuvent être orientées comme un cristal solide. Dans le nouveau travail, les chercheurs ont utilisé une version modifiée d'un processus de fabrication bien connu qui produit un motif de cristal liquide spécifique qui permet de créer une image souhaitée lorsqu'il est éclairé.

Ils ont utilisé un élément optique Pancharatnam-Berry (PBOE), qui est un dispositif à cristaux liquides qui fonctionne selon un principe bien connu appelé la phase Pancharatnam-Berry. En changeant l'orientation des molécules de cristaux liquides dans cet appareil, les chercheurs pourraient modifier les propriétés de la lumière lorsqu'elle se déplace à travers l'appareil pixel par pixel.

Images stables sur plusieurs distances

"Sur le plan conceptuel, la théorie développée par Berry a joué un rôle déterminant dans la détermination de la manière dont ces cristaux liquides doivent être orientés pour créer une image stable sur une grande distance", a déclaré Hufnagel. "Notre utilisation d'éléments optiques plats et d'un motif à cristaux liquides avec de légères variations prescrites par la théorie de l'image laplacienne de Berry permet aux fenêtres magiques d'apparaître normales, ou plates, lorsque l'on regarde à travers elles."

Après avoir fabriqué un miroir et une fenêtre magiques, les chercheurs ont utilisé une caméra pour mesurer les modèles d'intensité lumineuse produits par les deux appareils. Lorsqu'ils étaient éclairés par un faisceau laser, le miroir et la fenêtre produisaient une image visible qui restait stable même lorsque la distance entre la caméra et le miroir ou la fenêtre changeait. Les chercheurs ont également montré que les appareils créaient des images lorsqu'ils étaient éclairés par une source de lumière LED, ce qui serait plus pratique à utiliser dans des applications réelles.

Les chercheurs travaillent maintenant à utiliser leur approche de fabrication pour créer des plaques magiques quantiques. Par exemple, deux de ces plaques pourraient créer des images intriquées que l'on pourrait utiliser pour étudier de nouveaux protocoles d'imagerie quantique. Ils explorent également la possibilité de fabriquer des fenêtres magiques en utilisant des approches autres que les cristaux liquides. Par exemple, l'utilisation de métasurfaces diélectriques pour fabriquer un dispositif de fenêtre magique pourrait réduire son empreinte tout en augmentant la bande passante. + Explorer plus loin

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