Специально созданный свет проходит через непрозрачные преграды

Даже рассеянные объекты, такие как облака, отбрасывают тени, потому что они являются неупорядоченными средами, которые рассеивают световые волны. Но теперь исследователи из TU Wien и Утрехтского университета нашли способ манипулировать световыми волнами, чтобы пройти через препятствия, проецируя изображение на другую сторону так же ясно, как если бы препятствия не было.

Неупорядоченная среда — это, по существу, набор беспорядочно расположенных частиц, таких как порошок, песок, сахар или даже облако. Когда свет входит в подобную группу крошечных препятствий, он рассеивается невероятно сложным образом. Но теоретически, если бы вы смогли вычислить эту картину рассеяния, можно было бы манипулировать световыми волнами так, чтобы они проходили прямо через них, не рассеиваясь.

И вот теперь исследователям удалось сделать именно это, используя в качестве рассеивающей среды оксид цинка, при этом источник света был помещен с одной стороны, а детектор — с другой.

Первый шаг — узнать препятствие, поэтому команда ученых светила очень специфическими световыми сигналами через порошок, а затем измерила, как они попали в детектор. Используя некоторые сложные математические методы, можно определить характер рассеяния – и создать определенную световую волну, которая вообще не изменит форму.

«Как мы смогли показать, существует совершенно особый класс световых волн – так называемые инвариантные к рассеянию световые моды, которые производят точно такую же волновую картину на детекторе, независимо от того, была ли световая волна только послана через воздух или она должна была проникнуть через сложный слой оксида цинка», — говорит Стефан Роттер, соавтор исследования.

Как бы ни была интригующей идея беспрепятственно пропускать свет через барьер, ученые сделали еще один шаг вперед. Объединив несколько инвариантных к рассеянию световых мод правильным образом, они создали световую волну, закодированную изображением — в данном случае созвездием Большой Медведицы – и спроецировали ее на детектор через оксид цинка.

«Таким образом, по крайней мере в определенных пределах, вы совершенно свободны в выборе того, какое изображение вы хотите передать через объект без помех», — говорит Йерун Бош, автор исследования. «И действительно, нам удалось определить инвариантную к рассеянию волну, которая посылает изображение Большой Медведицы на детектор, независимо от того, рассеивается ли 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, таких как “плащ-невидимка». Новый прорыв может в один прекрасный день привести к новым методам визуализации в медицине, которые безопасно просматривают тело, как рентгеновские лучи. Однако, прежде чем такая технология будет реализована, потребуется проделать еще много работы.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Photonics.