16.12.2025 W laboratoriach ICTER powstaje prototyp, który może na nowo zdefiniować sposób, w jaki tworzymy rzeczywistość rozszerzoną. Zespół dr inż. Katarzyny Komar rozwija okulary AR wykorzystujące widzenie dwufotonowe – mechanizm pozwalający wyświetlać jasne, ostre i kontrastowe obrazy bez konieczności komplikowania optyki i bez typowych ograniczeń dzisiejszych rozwiązań.
Choć rzeczywistość rozszerzona jest od lat obietnicą kolejnej rewolucji technologicznej, rynek wciąż czeka na urządzenie, które naprawdę przekona użytkowników. Największą przeszkodą okazuje się optyka: trzeba jednocześnie zachować czysty, niezaburzony widok otoczenia i wprowadzić do niego cyfrowe treści, które będą wystarczająco jasne i wyraźne, by konkurować z naturalnym światłem. Wymaga to skomplikowanej optyki falowodowej i źródeł światła o dużym zakresie dynamicznym. Do tego dochodzi jeszcze konflikt akomodacji i konwergencji – efekt dobrze znany każdemu, kto próbował przez dłuższy czas korzystać z headsetów VR lub AR.
Widzenie dwufotonowe pozwala spojrzeć na ten problem z innej strony. Normalnie światło o długości fali z zakresu 800-1300 nm, jest dla nas niewidoczne, bo energia jego fotonów jest za mała, żeby pobudzić fotoreceptory w siatkówce oka. Okazuje się, że jeżeli światło ma postać bardzo krótkich impulsów, fotoreceptory pochłaniają dwa fotony jednocześnie, a suma energii tych fotonów wystarcza do pobudzenia fotoreceptorów. Wtedy nasz mózg odbiera normalny, widzialny obraz, choć fizycznie został on wygenerowany przez światło z zupełnie innego zakresu spektralnego.
Dlaczego widzenie dwufotonowe może odmienić AR?
W laboratoriach ICTER udało się pokazać, że takie bodźce mogą być niezwykle jasne, osiągając równoważną luminancję nawet kilkuset kandeli na metr kwadratowy. Co więcej, jasność rośnie tu nie liniowo, ale kwadratowo wraz ze zwiększaniem mocy źródła światła, co daje projektantom zupełnie nowy zakres możliwości. Dwufotonowe obrazy zachowują też bardzo dobry kontrast – często lepszy niż klasyczne bodźce jednofotonowe – a co szczególnie ważne, są odbierane jako zawsze ostre, niezależnie od tego czy skupiamy wzrok na bliskich i dalekich odległościach. To sprawia, że konflikt akomodacji i konwergencji może przestać być barierą technologiczną.
Jednym z najbardziej zaskakujących efektów tej technologii jest możliwość uzyskania barwy fioletowej z jednego monochromatycznego źródła światła. W tradycyjnych wyświetlaczach jest to niemożliwe, bo fiolet powstaje poprzez połączenie barwy czerwonej i niebieskiej. Okazuje się, że impulsowe światło z zakresu 850-950 nm jest postrzegane jednocześnie jedno- i dwufotonowo, jako, odpowiednio, czerwone i niebieskie, co w efekcie daje kolor fioletowy.
Projekt okularów AR z widzeniem dwufotonowym prowadzony przez dr inż. Katarzynę Komar jest próbą przełożenia wiedzy uzyskanej w laboratorium optycznym na urządzenie, które da się realnie założyć na głowę. W ciągu roku powstał prototyp łączący skaner MEMS, regulowane elementy optyczne, światłowodowy tor laserowy i oprogramowanie, które synchronizuje wszystkie elementy w czasie rzeczywistym. Całość osadzono w lekkiej, optometrycznej oprawie, której zadaniem jest nie tylko utrzymać układ na głowie, ale także zachować precyzyjny dystans i pozycję względem oka.
Technologia korzysta z lasera opracowanego wcześniej przez dr inż. Dorotę Stachowiak i współpracowników z Politechniki Wrocławskiej – femtosekundowego lasera światłowodowego domieszkowanego erbem, przestrajalnego w zakresie od 872 do 1075 nm, idealnie wpisującego się w potrzeby dwufotonowych badań widzenia.
Co dalej?
Projekt zakończył się w październiku 2025 roku, ale kluczowe testy dopiero się zaczynają. Obecnie zespół pracuje nad dopracowaniem konstrukcji mechanicznej i opracowaniem procedur pozwalających precyzyjnie dopasować okulary do różnych użytkowników. Następnym krokiem będą pomiary czułości kontrastowej oraz dopasowania jasności – po raz pierwszy wykonane nie w stacjonarnym systemie laboratoryjnym, lecz z użyciem okularów AR.
W dalszej perspektywie planowana jest przebudowa optyki, rozważenie wykorzystania zakrzywionych elementów dichroicznych, stworzenie wersji dwuocznej oraz rozwój i miniaturyzacja niestandardowych źródeł laserowych zoptymalizowanych specjalnie pod kątem dwufotonowego wyświetlania obrazu.
Nowa ścieżka rozwoju rzeczywistości rozszerzonej
Prace dr inż. Katarzyny Komar i jej zespołu pokazują, że widzenie dwufotonowe może stać się brakującym ogniwem w technologii rozszerzonej rzeczywistości. To podejście, które nie wymaga kompromisów optycznych, pozwala pracować z dużą jasnością i wysokim kontrastem, a jednocześnie pozwala przezwyciężyć bariery związane z funkcjonowanie ludzkiego oka, jakie napotyka ta technologia.
Projekt jest finansowany przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej w ramach programu Proof of Concept FENG, współfinansowanego przez Unię Europejską, a badania zespołu wspierają także granty NCN i program Teaming for Excellence.
