Технологии создания одновременно нескольких голограмм уже существуют, но для их работы требуется увеличить число так называемых голографических каналов — отдельных потоков, несущих независимую информацию. Традиционные методы мультиплексирования, основанные на использовании разных поляризаций, длин волн или орбитального углового момента, упираются в фундаментальные ограничения по емкости и возможности перепрограммирования. Увеличение числа каналов обычно приводит к падению качества изображения или к снижению скорости обновления.

Команда ученых из Юго-Восточного университета обратилась к методу пространственно-временного кодирования, пишет Techxplore. Суть подхода в том, что метаповерхность модулируется не только в пространстве, но и во времени — каждый миниатюрный элемент быстро переключается между двумя фазовыми состояниями по заданной временной последовательности.

«Идея нашего исследования возникла благодаря работе над алгоритмами оптимизации пространственно-временного кодирования, — пояснил Ма Циань, один из руководителей научной группы. — Мы обнаружили, что метод, известный как алгоритм Герчберга — Сакстона, при применении к пространственно-временному кодированию демонстрирует чрезвычайно высокую эффективность сходимости. Это навело нас на мысль, что пространственно-временная область по своей природе обладает огромным количеством параллельных измерений: каждый гармонический порядок способен нести независимую информацию. Тогда мы поняли, что этот масштабный параллелизм можно использовать в голографии, обеспечив одновременное формирование множества голографических каналов».

Другими словами, метод позволяет независимо формировать голографический рисунок на каждой гармонической частоте, что дает возможность проецировать десятки (а в перспективе — сотни) разных изображений на целевую поверхность одновременно, используя всего одну входную частоту. По сравнению с традиционными эвристическими методами он ускоряет генерацию голограмм на несколько порядков, делая возможной работу в реальном времени.

Исследователи изготовили метаповерхность, состоящую из 6144 независимо управляемых элементов. Система достигает частоты обновления кадров свыше 1 МГц и эквивалентной пропускной способности кодирования 6 Гбит/с. В ходе экспериментов им удалось одновременно сгенерировать 62 различных голографических изображения — результат, недостижимый для предыдущих технологий. В отличие от последовательных схем временного мультиплексирования, которые показывают изображения одно за другим, новая система генерирует все каналы одновременно, без «слепых зон» и с устойчивостью к искажениям.

Возможность одновременно направлять разные лучи на несколько движущихся объектов открывает перспективы для радаров нового поколения и систем беспроводной связи, требующих высокоскоростного адаптивного формирования пучка. Кроме того, технология может найти применение в интеллектуальных дисплеях, виртуальной реальности и спектральном анализе.

В начале года китайские исследователи разработали новую систему голографического хранения данных, которая объединяет три основных свойства света — амплитуду, фазу и поляризацию — для записи информации в трех измерениях.