Даже рассеянные объекты, такие как облака или кубики сахара, отбрасывают тени, потому что представляют собой неупорядоченные среды, рассеивающие световые волны. Но теперь исследователи из Венского технического университета и Утрехтского университета нашли способ манипулировать световыми волнами, чтобы они проходили через них, проецируя изображение с другой стороны так четко, как будто препятствия не было.
Неупорядоченная среда - это, по сути, совокупность случайно расположенных частиц, таких как порошок, песок, сахар или даже облако. Когда свет попадает в эту группу крошечных препятствий, он невероятно сложным образом рассеивается. Но теоретически, если бы вы смогли выяснить эту картину рассеяния, можно было бы манипулировать световыми волнами так, чтобы они проходили без рассеяния.
И теперь исследователям удалось сделать именно это, используя оксид цинка в качестве рассеивающей среды, при этом источник света был помещен с одной стороны, а детектор - с другой.
Первый шаг - узнать своего врага, поэтому команда направила через порошок очень специфические световые сигналы, а затем измерила, как они попали в детектор. Используя некоторые сложные математические методы, можно определить характер рассеяния - и можно создать определенную световую волну, которая вообще не изменила бы форму волны. Она только немного потускнеет.
«Как мы смогли показать, существует особый класс световых волн - так называемые световые моды, инвариантные к рассеянию, которые создают точно такую же волновую картину на детекторе, независимо от того, проходит ли световая волна только через воздух или она должна проникнуть через сложный слой оксида цинка», - говорит Стефан Роттер, соавтор исследования.
Световой луч без рассеяния (Для сравнения: на главном фото - смоделированное изображение экспериментальной установки, где световыми волнами можно манипулировать так, чтобы они проецировали изображение Большой Медведицы через непрозрачную рассеивающую среду (оксид цинка), как будто барьера нет). Фото: Allard Mosk/Matthias Kühmayer
Какой бы интригующей ни была идея беспрепятственного проникновения света через преграду, команда пошла еще дальше. Правильно соединив несколько инвариантных к рассеянию световых мод, они создали световую волну, закодированную с изображением - в данном случае созвездие Большой Медведицы - и спроецировали ее на детектор через оксид цинка.
«Таким образом, по крайней мере, в определенных пределах, вы можете свободно выбирать, какое изображение вы хотите беспрепятственно передавать через объект», - говорит Йерун Бош, автор исследования. «И действительно, можно было определить инвариантную к рассеянию волну, которая отправляет изображение Большой Медведицы на детектор, независимо от того, рассеивается световая волна слоем оксида цинка или нет. Для детектора световой луч в обоих случаях выглядит почти одинаково».
Это увлекательная работа, основанная на предыдущих экспериментах команды по манипулированию световыми волнами для маскировки объектов, как «плащ-невидимка». Этот новый прорыв в один прекрасный день может привести к новым методам визуализации, которые позволяют безопасно видеть сквозь тело, подобно, рентгеновским снимкам. Однако, прежде чем такая технология будет реализована, потребуется проделать еще много работы.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Photonics.
