Физики открыли инвариантные к рассеянию световые моды для передачи изображений сквозь непрозрачные материалы

Материалы кажутся непрозрачными из-за их неупорядоченной структуры, которая сильно преломляет, рассеивает и отклоняет падающий свет. В результате большая часть света не проходит на другую сторону.

Физики под руководством Притама Пая из Утрехтского университета обнаружили способ, позволяющий световым лучам почти беспрепятственно проходить даже сквозь сильно рассеивающую среду.

В эксперименте использовался тонкий слой порошкового оксида цинка в качестве непрозрачного материала. Ученые просвечивали его различными формами и режимами световых волн, измеряя попадание света на детектор позади. Проникновение света зависит не только от длины волны, но и от ее формы.

На основе этих измерений исследователи вычислили, какие волновые картины изменялись слоем оксида цинка, словно рассеяния волн вообще не было.

Физики показали, что существует особый класс световых волн — так называемые световые моды, инвариантные к рассеянию. Они генерируют одинаковый волновой рисунок на детекторе, независимо от того, прошла ли волна через воздух или через сложный слой оксида цинка.

По сравнению с множеством обычных форм света, эти моды встречаются очень редко.

Однако с помощью целевых измерений и математических моделей можно определить моды, подходящие для разных материалов.

Комбинируя несколько инвариантных к рассеянию световых мод, ученые создавали волновую форму, способную передавать оптическую информацию сквозь рассеивающую среду, например, изображение.

В эксперименте было передано изображение типичного узора созвездия Большой Медведицы. При этом слой оксида цинка не менял форму световых волн, а лишь немного ослаблял их.

Как объясняют физики, этот метод можно использовать не только для передачи оптической информации через непрозрачные носители. Он также применим для новых процессов построения изображений в биологических экспериментах, медицине и исследованиях материалов.