Голограммы используются не только в качестве привлекательных защитных наклеек на кредитных картах, электронных изделиях или банкнотах; они также находят научное применение в сенсорах и микроскопии. Традиционно для записи голограмм требуется лазер, но совсем недавно были разработаны методы, позволяющие записывать голограммы при окружающем освещении или свете, исходящем от образца. Есть два основных метода, которые могут достичь этого: один называется "FINCH" и использует датчик 2D-изображения, который достаточно быстр для записи видеороликов, но ограничен видимым светом и беспрепятственным обзором, в то время как другой называется "OSH", который использует однопиксельный датчик и может записывать с помощью рассеивающих сред и света за пределами визуального спектра, но практически может записывать изображения только неподвижных объектов.

Исследователь прикладной оптики из Университета Кобе ЙОНЕДА Нару хотел создать метод голографической записи, сочетающий в себе лучшее из обоих миров. Чтобы устранить слабое место OSH, ограничивающее скорость, он и его команда сконструировали установку, которая использует высокоскоростное "цифровое микрозеркальное устройство" для проецирования на объект узоров, необходимых для записи голограммы. "Это устройство работает на частоте 22 кГц, в то время как ранее используемые устройства имели частоту обновления 60 Гц. Это разница в скорости, которая эквивалентна разнице между пожилым человеком, совершающим расслабленную прогулку, и японским скоростным поездом", - объясняет Йонеда.

В журнале Optics Express команда Университета Кобе теперь публикует результаты своих экспериментов по проверке концепции. Они показывают, что их установка может не только записывать 3D-изображения движущихся объектов, но они также могли бы сконструировать микроскоп, который может записывать голографический фильм с помощью рассеивающего свет объекта - точнее, черепа мыши.

По общему признанию, частота кадров чуть более одного кадра в секунду все еще была довольно низкой. Но Йонеда и его команда показали в расчетах, что теоретически они могли бы увеличить частоту кадров до 30 Гц, что является стандартной частотой кадров на экране. Это было бы достигнуто с помощью метода сжатия, называемого "разреженной выборкой", который работает за счет того, что не записывается каждая часть изображения постоянно.

Итак, где мы сможем увидеть такую голограмму? Йонеда говорит: "Мы ожидаем, что это будет применено для минимально инвазивного трехмерного биологического наблюдения, поскольку оно позволяет визуализировать объекты, движущиеся за рассеивающей средой. Но все еще есть препятствия, которые предстоит преодолеть. Нам нужно увеличить количество точек выборки, а также качество изображения. Для этого мы сейчас пытаемся оптимизировать шаблоны, которые мы проецируем на образцы, и использовать алгоритмы глубокого обучения для преобразования необработанных данных в изображение".

Это исследование финансировалось Образовательным фондом Мемориала Каваниши Синмайва, Японским обществом содействия науке (гранты 20H05886, 23K13680), Государственным агентством исследований (грант PID2022-142907OB-I00) и Европейским фондом регионального развития, а также Женералитатом Валенсии (грант CIPROM/2023/44). Исследование было проведено в сотрудничестве с исследователями из Университета Жауме И.