İlk düz sihirli pencere -üzerine ışık tutulduğunda gizli bir görüntü oluşturan şeffaf bir nesne- bilim insanları tarafından sıvı kristaller kullanılarak yapıldı. Teknolojideki bu yenilik çok eski bir ışık numarasına yeni bir soluk getiriyor.
Çinli ve Japon zanaatkârlar binlerce yıl önce, doğrudan güneş ışığına maruz kaldığında, kişinin kendi yansımasına bakarken gördüğünden farklı bir görüntü üreten bronz aynalar yarattılar. Mühendislerin aynı fikri yüksek teknolojili ekranlar için sıvı kristallere uygulaması bugüne kadar sürdü. Bilim insanları bu cihazların nasıl çalıştığını ancak 20. yüzyılın başlarında fark etti: aynanın arkasına atılan bir görüntü, görüntünün oluşmasına neden olan küçük yüzey dalgalanmalarına neden olur.
Ottawa Üniversitesi’nden araştırma ekibi lideri Felix Hufnagel’e göre, “Yaptığımız sihirli pencere insan gözüne tamamen düz görünüyor ama aslında ışığa tepki olarak bir görüntü üreten küçük değişikliklere sahip.” Üretilen görüntü, pencerenin nispeten pürüzsüz şekli nedeniyle pencereden çok çeşitli mesafelerde görülebilir.
Hufnagel ve meslektaşları, Optica Publishing Group tarafından yayınlanan yüksek etkili araştırma dergisi Optica’da, istenen herhangi bir görüntüyü üretebilen yarı saydam sıvı kristal sihirli pencereler oluşturmak için oluşturdukları yöntemi tartışıyor. Yöntem, ışığı iletmek yerine yansıtarak görüntü üreten sihirli aynalar yapmak için de kullanılabilir.
Hufnagel’e göre, dinamik sanatsal sihirli pencereler veya filmler yapmak için yeniden yapılandırılabilir bir versiyon, sihirli pencereler veya aynalar için sıvı kristaller kullanılarak bir gün elde edilebilir. Bu teknoloji, uzun bir odak derinliği elde edebildiği için farklı mesafelerden bakıldığında bile sabit 3D görüntüler sağlayan 3D ekranlar için yararlı olabilir.
Bu etkinin matematiksel temeli 2005 yılına kadar İngiltere’deki Bristol Üniversitesi’nde matematiksel fizikçi olan Michael Berry tarafından keşfedilmemişti. Bilim insanları antik bronz sihirli aynaların çok küçük yüzey değişimleri sonucunda görüntü oluşturduğunu onlarca yıldır bilmelerine rağmen, Michael Berry bu sonuca o yıla kadar ulaşamamıştı.
Daha sonra, hem yansıtıcı sihirli aynalar hem de şeffaf sihirli pencereler için teorik bir çerçeve sağlamak üzere bu bilgileri genişletti. Hufnagel ve meslektaşları bu çalışmayla sıvı kristal tabanlı bir sihirli pencere geliştirmek için motive oldular.
Sıvı kristaller olarak bilinen malzemeler, katı bir kristal gibi düzenlenebilen ancak yine de tipik bir sıvı gibi akabilen moleküllere sahiptir. Araştırmacılar son çalışmalarında, ışıklandırıldığında istenen bir görüntünün oluşturulmasını sağlayan belirli bir sıvı kristal deseni veren iyi bilinen bir üretim tekniğini değiştirdiler.
İyi bilinen Pancharatnam-Berry faz prensibine göre çalışan bir sıvı kristal cihaz olan Pancharatnam-Berry Optik Elemanı (PBOE) kullandılar.
Araştırmacılar, içindeki sıvı kristal moleküllerini yeniden yönlendirerek ışığın özelliklerini cihazdan geçerken piksel piksel değiştirmeyi başardılar.
Hufnagel, kavramsal olarak Berry’nin teorisinin, bu sıvı kristallerin önemli bir mesafe boyunca sabit bir görüntü üretmek için nasıl yönlendirilmesi gerektiğini tanımlamada çok önemli olduğunu belirtti. Berry’nin Laplacian görüntü teorisinin ılımlı değişiklikleri ve bizim düz optik elemanlar kullanmamız, sihirli pencerelerin içinden bakan birine normal veya düz görünmesini mümkün kılıyor.
Bilim insanları sihirli bir ayna ve pencere oluşturdular ve ardından her bir cihazın ürettiği ışık yoğunluğu modellerini ölçmek için bir kamera kullandılar.
Hem ayna hem de pencere, bir lazer ışını ile aydınlatıldığında, kamera ile ayna veya pencere arasındaki mesafedeki değişikliklerden bağımsız olarak sabit kalan görsel bir görüntü oluşturdu. Ayrıca araştırmacılar, cihazların bir LED ışık kaynağıyla aydınlatıldığında da görüntü üretebildiğini göstererek pratik ortamlarda kullanım için daha kullanışlı hale getirdiler.
Araştırmacılar şu anda kendi üretim stratejilerini kullanarak kuantum sihirli plakalar üretmeyi hedefliyor. Örneğin, bu plakalardan ikisinin birlikte kullanılması, yeni kuantum görüntüleme tekniklerini araştırmak için kullanılabilecek dolaşık görüntüler üretebilir.
Ayrıca, sıvı kristal kullanmadan sihirli pencereler oluşturma olasılığını da araştırıyorlar, bu da daha yüksek bir bant genişliğine sahipken daha küçük bir toplam ayak izine sahip bir cihazla sonuçlanabilir.
Kaynak: optica.org/
