Ученые "научили" свет проходить беспрепятственно через непрозрачные материалы - «Наука и технологии»

Даже такие "полупрозрачные" объекты, как облака или матовое стекло отбрасывают тени из-за того, что они сильно рассеивают проходящий сквозь них свет. Но недавно, ученые из Венского технологического университета и Утрехтского университета нашли новый способ, позволяющий контролировать распространение волн света так, что они становятся способными беспрепятственно проходить сквозь полупрозрачные объекты, создавая на выходе изображение с такой четкостью, словно на пути света не было никакого препятствия.

Полупрозрачные объекты, как правило, являются материалом, в котором случайным образом расположены частицы, крошечные капельки воды в облаке, или частицы красителя, подмешанного в стекло. Когда свет проходит сквозь такое препятствие, он рассеивается невероятно сложным и непредсказуемым образом. Но теоретически, если знать образ исходного и рассеянного света, то можно управлять волнами света так, что они пройдут сквозь полупрозрачный материал, не заметив наличия препятствия.

И исследователям из упомянутых выше университетов удалось сделать подобный трюк, использовав окись цинка в качестве светорассеивающего материала, источника света с одной стороны и фотодетектора с другой.

Первый шаг можно охарактеризовать фразой "узнай своего врага". Ученые освещали непрозрачный материал импульсами света с определенными параметрами и замеряли уровни освещенности всех точек фотодетектора. Затем, при помощи сложных математических методов, был рассчитан шаблон рассеивания света и рассчитаны параметры световых волн так, чтобы эти волны, пройдя сквозь рассеивающую среду, на выходе сложились в конечное изображение. Справедливости ради стоит отметить, что это конечное изображение было более тусклым, чем изображение, создаваемое источником света напрямую, без всяких препятствий.

"Мы показали, что можно создать особый класс световых волн, называемых инвариантно-рассеиваемыми световыми модами, которые воспроизводят на фотодетекторе точно такую же спектральную картину вне зависимости от того, проходила ли эта волна только через воздух или через объект, имеющий сложный шаблон рассеивания" - рассказывает Штефан Роттер (Stefan Rotter), ведущий исследователь.

После получения возможности создания инвариантных световых мод, ученые сделали следующий шаг, они объединили несколько таких лучей света, закодировав в них тестовое изображение, и пропустили этот поток света через слой окиси цинка. И, что было вполне ожидаемо, на фотодетекторе исследователи получили исходное изображение, практически не подвергшееся искажениям.

Отметим, что данная работа базируется на результатах предыдущих исследований в области управления волнами света, которые были направлены на создания технологий сокрытия объектов, которые по традиции можно назвать термином "плащ-невидимка". Но в будущем такой метод может стать основой новых методов съемки, которые позволяют заглянуть внутрь непрозрачных объектов, как технологии рентгеноскопии, но являются более безопасными, чем рентгеновские лучи.