İnqrid Fadelli , Phys.org tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

ST-GS alqoritminə əsaslanan 62 simvollu STH nəsillərinin təcrübələri. (a) Təcrübə quruluşu. (b) 6144 vahidli STC metasəthinin şəkli. (c) Meta-vahidlərin şəkli. (d) Yaradılmış 1 bitlik STC kodlaşdırma matrisi. (e) Mənbə həyəcanlandırma sahəsi nəzərə alındıqda modulyasiya edilmiş mənbə sahəsinin faktiki faza paylanması. İki ağ zolaq boşluq vahidlərinin mövqelərini qeyd edir. Bu yerlər dalğa udma materialları ilə örtülmüşdür. (f) 62 harmonikdə ölçülmüş STH-lər. (g) ST-GS alqoritmi daxilində iterasiya zamanı 62 STH nümunələri üzrə orta SSIM dəyərləri. (h) İterasiya zamanı konvergent və ayrılmış enerjinin nisbəti. Müəllif: Gu və b.

Son bir neçə onillikdə mühəndislər hərəkət edən işıq dalğalarının formasını və istiqamətini dəqiq idarə etməklə əldə edilən holoqramlar, üçölçülü (3D) və ya ikiölçülü (2D) təsvirlər yarada bilən müxtəlif cihazlar hazırlamışlar. Holoqramlar hazırda obyektlərin vizual təsvirlərini yaratmaq və onların fiziki xüsusiyyətlərini ölçmək, sənədləri və ya bank kartlarını təsdiqləmək və bəzi təhsil müəssisələrində vizuallaşdırma vasitələri kimi xidmət etmək üçün geniş istifadə olunur.

Son illərdə istehsal edilə bilən holoqramların keyfiyyəti əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşsa da, mövcud texnologiyaların əksəriyyəti bir anda yalnız bir holoqram yarada bilir. Eyni anda bir neçə müstəqil holoqram yaratmaq üçün cihazın sözdə holoqrafik kanallarını (yəni, müstəqil idarə olunan holoqramların ayrı axınlarını) artırmaq lazımdır ki, bu da istehsal olunan görüntülərin keyfiyyətini və ya onların yenilənmə sürətini azaldır.

Çinin Cənub-Şərq Universitetinin tədqiqatçıları bu yaxınlarda dalğaları unikal şəkildə idarə edə bilən və eyni anda onlarla holoqram yaradan mühəndislik yolu ilə hazırlanmış ultra nazik bir material olan yeni proqramlaşdırıla bilən metasəth hazırladılar. Nature Electronics jurnalında dərc olunmuş bir məqalədə təqdim edilən bu metasəth, həm məkan düzülüşü, həm də zamanla necə dəyişdikləri baxımından fərdi olaraq idarə oluna bilən 6000 elementdən ibarətdir.

“İşimiz ağıllı ekran, virtual reallıq (VR) və yeni nəsil rabitə kimi tətbiqlərdə yüksək tutumlu holoqrafik sistemlərə artan tələbatdan ilhamlanıb”, – məqalənin həmmüəllifi Qian Ma Tech Xplore-a bildirib.

“Ənənəvi holoqrafiya metodları polyarizasiya, dalğa uzunluğu və ya orbital bucaq impulsu kimi multipleksləşdirmə ölçülərinə əsaslanır, lakin bu yanaşmalar hələ də tutum və yenidən proqramlaşdırıla bilmə baxımından fundamental məhdudiyyətlərlə üzləşir.”

Zamanla xüsusiyyətlərini dəyişən proqramlaşdırıla bilən metasəth

Proqramlaşdırıla bilən metasəthlər dalğa cəbhəsinin dinamik idarə olunması (yəni işıq dalğalarının forması və onların hərəkət istiqaməti) üçün yeni imkanlar açmışdır. Potensiallarına baxmayaraq, indiyə qədər təqdim edilən metasəth əsaslı sistemlərin əksəriyyəti bir anda yalnız bir yüksək keyfiyyətli holoqrafik görüntü yarada bilər.

Ma izah etdi ki, “Tədqiqatımız üçün ilham əslində məkan-zaman kodlaşdırma optimallaşdırma alqoritmləri üzərində işimizdən qaynaqlanıb. Biz Gerchberg-Saxton (GS) alqoritmi adlanan bir texnikanın məkan-zaman kodlaşdırmasına tətbiq edildikdə son dərəcə səmərəli şəkildə birləşdiyini aşkar etdik.”

“Bu, bizə fəza-zaman domeninin mahiyyət etibarilə çox sayda paralel ölçüyə malik olduğunu anlamağa kömək etdi – hər bir harmonik nizam müstəqil məlumat daşıya bilər. Daha sonra bizə bu kütləvi paralelliyin holoqrafiya üçün istifadə edilə biləcəyi və eyni zamanda bir çox holoqrafik kanalların yaradılmasına imkan verəcəyi düşünüldü.”

Ma və həmkarları, tək tonlu düşən dalğanı bir neçə harmonik şüaya bölən bir yanaşma olan məkan-zaman kodlaşdırma mexanizminin holoqrafiyada çoxsaylı məlumat axınını birləşdirmək və eyni zamanda emal etmək üçün istifadə edilə biləcəyini anladılar.

Daha sonra onlar həm nəzəri çərçivə, həm də real vaxt rejimində tək bir proqramlaşdırıla bilən metasəthdə minlərlə müstəqil holoqrafik kanalın eyni vaxtda generasiyasını təmin edəcək yeni bir alqoritm hazırlamağa başladılar.

Ma dedi: “Əsas ideya proqramlaşdırıla bilən metasəthi təkcə məkanda deyil, həm də zaman daxilində modulyasiya etməkdir. Səthdəki hər bir meta-vahid diqqətlə hazırlanmış zaman kodlaşdırma ardıcıllığına uyğun olaraq iki fazalı vəziyyət (1 bitlik idarəetmə) arasında keçid edir. Tək tezlikli dalğa səthi işıqlandırdıqda, bu məkan-zaman modulyasiyası əks olunan şüada çoxsaylı harmonik tezliklər yaradır – sürətli vibrasiya nəticəsində yaranan musiqi akkordu kimi.”

Tədqiqatçılar fəza-zaman Gerchberg-Saxton (ST-GS) alqoritmi adlandırdıqları yeni bir alqoritm hazırladılar. Bu alqoritm hər bir harmonikdə müstəqil olaraq holoqrafik bir nümunə dizayn etmək üçün istifadə edilə bilər və bu da tək bir giriş tezliyindən onlarla və ya hətta yüzlərlə təsvirin hədəf səthinə eyni vaxtda proyeksiyasına imkan verir.

Ma bildirib ki, “Hazırladığımız metasəth 6144 müstəqil idarə olunan elementdən ibarətdir və 1 MHz-dən çox kadr yeniləmə sürətinə və 6 Gb/s ekvivalent kodlaşdırma bant genişliyinə nail olur”.

“Dizaynımızın unikal üstünlüyü ani paralellikdir: Təsvirləri bir-birinin ardınca göstərən ardıcıl zaman multipleksləşdirmə sxemlərindən fərqli olaraq, məkan-zaman holoqramlarımız bütün kanalları eyni anda, kor zonalar olmadan və tezlik-dəyişməz kanal təhriflərinə qarşı davamlılıqla yaradır.”

Görüntüləmə, sensor və hədəf izləmə üçün tətbiqlər

Tədqiqatçılar yeni hazırlanmış metasəth və ST-GS alqoritmlərindən istifadə edərək eyni anda 62-yə qədər müxtəlif holoqrafik təsvir yarada biliblər. Onların ilkin nəticələri məkan-zaman kodlaşdırma yanaşmalarının minlərlə holoqrafik kanalı birləşdirmək və onlarla təsvir yaratmaq potensialını vurğulayır ki, bu da əvvəllər əldə edilməmişdi.

Ma izah etdi ki, “ST-GS alqoritmi hissəcik sürüsü optimallaşdırması kimi ənənəvi evristik alqoritmlərlə müqayisədə holoqram generasiyasını bir neçə dəfə sürətləndirir və real vaxt rejimində dinamik əməliyyatı təmin edir.” “Nəhayət, 6144 elementli metasəthdə 62 kanallı holoqramları eksperimental olaraq yoxladıq və yanaşmamızın möhkəmliyini və praktikliyini sübut edən dinamik çoxhədəfli izləmə sistemi nümayiş etdirdik.”

Gələcəkdə Ma və həmkarları tərəfindən təqdim edilən sistem daha da təkmilləşdirilə və müxtəlif real mühitlərdə tətbiq oluna bilər. Məsələn, ondan uzaq mühitləri real vaxt rejimində izləmək, rabitə şəbəkələrini təkmilləşdirmək, spektr analizləri aparmaq və displeyləri təkmilləşdirmək üçün istifadə etmək olar.

Ma bildirib ki, “Məsələn, eyni vaxtda müxtəlif şüaları birdən çox hərəkət edən hədəfə yönəltmək qabiliyyəti yüksək sürətli, adaptiv şüalanma tələb edən yeni nəsil radar və simsiz rabitə sistemləri üçün dəyərli ola bilər”.

Gələcək tədqiqat istiqamətləri

Cənub-Şərq Universitetinin komandası hazırda alqoritmlərini və proqramlaşdırıla bilən metasəthlərini təkmilləşdirməyə yönəlmiş yeni tədqiqatlar planlaşdırır.

Məsələn, onlar ST-GS alqoritmini birbaşa metasurface-in FPGA nəzarətçisinə, yəni onun əsas 6144 elementini müstəqil şəkildə idarə etmək üçün istifadə edilən inteqral dövrəyə inteqrasiya etmək istəyirlər. Bu, nəticədə FPGA çipinin xarici kompüterlə əlaqə qurmasına ehtiyacı aradan qaldıracaq.

Ma əlavə edib ki, “Gələcəkdə informasiya tutumunu daha da artırmaq üçün məkan-zaman holoqrafiyasını polyarizasiya və orbital bucaq impulsu kimi digər multipleksləşdirmə ölçüləri ilə birləşdirməyi hədəfləyirik”.

“Bundan əlavə, biz bu paradiqmanın qeyri-xətti sistemlərə də tətbiqini araşdırırıq, burada məkan-zaman holoqramlarının ani paralelliyi unikal həyəcan mənbəyi kimi xidmət edə bilər. Biz həmçinin inanırıq ki, çərçivə digər faza çıxarma alqoritmləri ilə uyğundur və yaxın sahə, uzaq sahə və hətta kəsrli Furye çevrilmə ssenarilərinə uyğunlaşdırıla bilər.”

Müəllifimiz İnqrid Fadelli tərəfindən sizin üçün yazılmış, Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmiş və Andrew Zinin tərəfindən faktlar yoxlanılmış və nəzərdən keçirilmiş bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu reportaj sizin üçün vacibdirsə, xahiş edirik ianə etməyi düşünün (xüsusilə aylıq). Təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .

Nəşr detalları

Ze Gu və digərləri, Proqramlaşdırıla bilən metasəthlərə əsaslanan fəza-zaman holoqramları, Nature Electronics (2026). DOI: 10.1038/s41928-026-01647-8 .

Jurnal məlumatı: Nature Electronics