研究人员用液晶创造了平面魔窗由 光学研究人员已经使用液晶创造了魔法窗口，当光线照射到它上面时会产生隐藏的图像。图片来源：渥太华大学 Felix Hufnagel研究人员第一次使用液晶制造了一个平面魔法窗——一种透明装置，当光线照射到它上面时会产生隐藏的图像。该技术代表了一个非常古老的灯光技巧的新转折。几千年前，中国和日本的工匠制作了铜镜，在观察人的反射时看起来像普通的平面镜，但在阳光直射时会形成另一个图像。直到 20 世纪初，科学家们才明白这些设备的工作原理是因为投射到镜子背面的图像会产生微小的表面变化，从而导致图像形成——直到现在，工程师才将相同的原理应用于液体用于高科技显示器的晶体。

渥太华大学的研究小组负责人费利克斯·赫夫纳格尔说：“我们创造的魔法窗口在肉眼看来是完全平坦的，但实际上，它有轻微的变化，可以根据光线产生图像。” “通过将窗户设计得相对平滑，可以在距离窗户很远的距离范围内看到所创建的图像。”

在Optica杂志上，Hufnagel 及其同事描述了他们开发的用于创建可以产生任何所需图像的透明液晶魔窗的过程。该过程还可用于创建反射而不是透射光以创建图像的魔镜。

Hufnagel 说：“使用液晶制作魔法窗户或镜子有朝一日可以创造出一种可重构的版本，用于制作动态艺术魔法窗户或电影。” “获得长焦深的能力也可以使这种方法对 3D 显示器有用，即使从不同距离观看也能产生稳定的 3D 图像。”玩00:0000:03沉默的设置画中画进入全屏玩研究人员创造的魔法窗户在肉眼看来完全平坦，但实际上，它们有轻微的变化，可以根据光线产生图像。该视频显示了从输入光束轮廓到所需图像图案的平滑变化的强度分布。图片来源：渥太华大学 Felix Hufnagel用液晶创造魔法

尽管几十年来科学家们已经明白，古代青铜魔镜形成图像是由于表面的微小变化，但直到 2005 年，英国布里斯托大学的数学物理学家迈克尔·贝瑞（Michael Berry）才推导出了这种效应的数学基础. 他后来扩展了这方面的知识，为除了反射魔镜之外的透明魔窗奠定了理论基础。这项工作启发了 Hufnagel 及其同事创造了一个基于液晶的魔法窗口。液晶是可以像传统液体一样流动但具有可以像固体晶体一样定向的分子的材料。在这项新工作中，研究人员使用了一种众所周知的制造工艺的改进版本，该工艺产生了一种特定的液晶图案，可以在照明时产生所需的图像。

他们使用了 Pancharatnam-Berry 光学元件 (PBOE)，它是一种液晶器件，在称为 Pancharatnam-Berry 相的众所周知的原理下工作。通过改变该设备中液晶分子的方向，研究人员可以改变光在逐个像素地穿过设备时的特性。

多距离稳定图像

“在概念层面上，Berry 开发的理论有助于确定这些液晶必须如何定向以创建在大距离内稳定的图像，”Hufnagel 说。“我们使用平面光学元件和由贝瑞的拉普拉斯图像理论规定的具有温和变化的液晶图案，当人们透过它们看时，魔法窗户看起来是正常的或平坦的。”

在制作了魔镜和窗户后，研究人员使用相机测量了两种设备产生的光强度模式。当用激光束照射时，镜子和窗户都产生了可见图像，即使相机与镜子或窗户之间的距离发生变化，该图像也保持稳定。研究人员还表明，这些设备在用 LED 光源照明时会产生图像，这在现实生活中使用起来会更实用。

研究人员现在正在努力使用他们的制造方法来制造量子魔法板。例如，其中两个板可以创建纠缠图像，可以用来研究新的量子成像协议。他们还在探索使用液晶以外的方法制造魔法窗户的可能性。例如，使用介电超表面制造魔术窗设备可以减少其占用空间，同时增加带宽。