Світло «навчили» проходити безперешкодно через непрозорі матеріали

Навіть такі «напівпрозорі» об’єкти, як хмари або матове скло відкидають тіні через те, що вони сильно розсіюють проходить крізь них світло. Але недавно, вчені з Віденського технологічного університету та Утрехтського університету знайшли новий спосіб, що дозволяє контролювати поширення хвиль світла так, що вони стають здатними безперешкодно проходити крізь напівпрозорі об’єкти, створюючи на виході зображення з такою чіткістю, немов на шляху світла не було ніякої перешкоди.

Напівпрозорі об’єкти, як правило, є матеріалом, в якому випадковим чином розташовані частинки, крихітні крапельки води в хмарі, або частки барвника, підмішано в скло. Коли світло проходить крізь таке перешкода, він розсіюється неймовірно складним і непередбачуваним чином. Але теоретично, якщо знати образ вихідного і розсіяного світла, то можна управляти хвилями світла так, що вони пройдуть крізь напівпрозорий матеріал, не помітивши наявності перешкоди. І дослідникам зі згаданих вище університетів вдалося зробити подібний трюк, використавши окис цинку в якості светорассеивающего матеріалу, джерела світла з одного боку і фотодетектора з іншого.

Перший крок можна охарактеризувати фразою «дізнайся свого ворога». Вчені висвітлювали непрозорий матеріал імпульсами світла з певними параметрами і заміряли рівні освітленості всіх точок фотодетектора. Потім, за допомогою складних математичних методів, був розрахований шаблон розсіювання світла і розраховані параметри світлових хвиль так, щоб ці хвилі, пройшовши крізь розсіюють середу, на виході склалися в кінцеве зображення. Справедливості заради варто відзначити, що це кінцеве зображення було більш тьмяним, ніж зображення, створюване джерелом світла безпосередньо, без будь-яких перешкод.

«Ми показали, що можна створити особливий клас світлових хвиль, званих інваріантної-розсіюються світловими модами, які відтворюють на фотодетектор точно таку ж спектральну картину незалежно від того, чи проходила ця хвиля тільки через повітря або через об’єкт, що має складний шаблон розсіювання» — розповідає Штефан Роттер (Stefan Rotter), провідний дослідник.

Після отримання можливості створення інваріантних світлових мод, вчені зробили наступний крок, вони об’єднали кілька таких променів світла, закодований в них тестове зображення, і пропустили цей потік світла через шар окису цинку. І, що було цілком очікувано, на фотодетектор дослідники отримали вихідне зображення, практично не піддане спотворень.

Відзначимо, що дана робота базується на результатах попередніх досліджень в галузі управління хвилями світла, які були спрямовані на створення технологій приховування об’єктів, які за традицією можна назвати терміном «плащ-невидимка». Але в майбутньому такий метод може стати основою нових методів зйомки, які дозволяють зазирнути всередину непрозорих об’єктів, як технології рентгеноскопії, але є більш безпечними, ніж рентгенівські промені. Джерело