Vytvorili sa špeciálne svetelné vlny, ktoré môžu preniknúť aj do nepriehľadných materiálov

Vedci z Utrechtskej univerzity a TU Vein (Viedeň) vytvorili špeciálne svetelné vlny, ktoré dokázali detekovať nepriehľadné materiály, akoby materiál nebol rovnomerný.

Prečo čínština nie je transparentná? Pretože svetlo vstupujúce do kúska cukru je rozptýlené, transformované a odklonené veľmi zložitým spôsobom. Ako výskumný tím z TU Vein (Viedeň) a Utrechtskej univerzity (Holandsko) však teraz dokázal preukázať, že existuje trieda veľmi zvláštnych svetelných vĺn, na ktoré sa nevzťahuje: tie so špecifickou poruchou Pre médium – napríklad kocku cukru, ktorú môžete jednoducho pridať do kávy – môžu byť skonštruované svetelné lúče na mieru, ktoré nie sú prakticky otočené, ale iba zoslabené. Do média vstupujú svetelné lúče a na druhú stranu prichádza svetelný vzor, ​​ktorý má rovnaký tvar, akoby tam médium vôbec nebolo.

Túto myšlienku „rozptýlených existujúcich režimov svetla“ možno použiť aj na konkrétne preskúmanie vnútra objektov. Výsledky sú teraz zverejnené v časopise Fotonika prírody.

Pre porovnanie: svetelný lúč bez rozptylu. Poďakovanie: Allard Mosk / Matthias Kuhmeier

Astronomický počet možných tvarov vĺn

Na rozbúrenej vodnej hladine môžu mať vlny nekonečné množstvo rôznych tvarov – a podobne môžu byť svetelné vlny vytvárané aj v nespočetných rôznych podobách. „Každý z týchto vzorov svetelných vĺn sa mení a odchyľuje veľmi špecifickým spôsobom pri prechode cez deformované médium,“ vysvetľuje Stephen Rotor, profesor na Ústave teoretickej fyziky TU Vein.

Stephen Rotor spolu so svojím tímom vyvíja matematické metódy na popísanie takýchto efektov rozptylu svetla. Prof na univerzite v Utrechte. Odbornými znalosťami v oblasti výroby a fotografovania takýchto zložitých oblastí osvetlenia prispel tím okolo spoločnosti Allard Mosk. „Ako médium rozptyľujúce svetlo sme použili vrstvu oxidu zinočnatého – nepriehľadný, úplne náhodne usporiadaný biely prášok z nanočastíc,“ vysvetľuje Allard Mosk, vedúci experimentálnej výskumnej skupiny.

Najskôr musíte túto vrstvu správne označiť. Vysielate veľmi špecifické svetelné signály cez prášok oxidu zinočnatého a meriate, ako sa dostali k detektoru za ním. Ďalej môžete dospieť k záveru, ako sa týmto spôsobom mení iná vlna – konkrétne môžete konkrétne vypočítať, ktorý vlnový vzor sa touto vrstvou oxidu zinočnatého presne zmení. V tejto vrstve teda rozptyl vlny úplne absentoval.

„Ako sme boli schopní ukázať, existuje veľmi zvláštna kategória svetelných vĺn – takzvané režimy rozptylu-neviditeľného svetla, ktoré vytvárajú na detektore úplne rovnaký vlnový vzor, ​​aj keď je svetelná vlna vysielaná iba vzduchom Alebo musí preniknúť do komplexnej vrstvy oxidu zinočnatého, „uviedol Stephen Rotor.„ V experimente vidíme, že oxid zinočnatý v skutočnosti vôbec nemení tvar týchto svetelných vĺn – sú celkovo len o niečo slabšie. Staňte sa, “ vysvetľuje Allard Mosk.

Konštelácia konštelácia na detektore svetla

S teoreticky neobmedzeným počtom zvláštnych a zriedkavých možných svetelných vĺn vo forme týchto režimov rozptylu neviditeľného svetla je ešte veľa z nich možné nájsť. A ak správne skombinujete veľa z týchto režimov svetelného invariantu rozptýleného, ​​opäť získate tvar vlny nemenný rozptylu.

„Týmto spôsobom, v rámci aspoň niektorých obmedzení, si môžete celkom slobodne zvoliť, ktorý obrázok chcete poslať objektom bez rušenia,“ hovorí Jordan Bosch, ktorý pri experimentovaní ako Ph.D. pracoval. študent. „Pre experiment sme ako príklad zvolili konšteláciu: Veľký voz. A skutočne bolo možné určiť vlnu rozptylu-invariantu, ktorá vysiela obraz veľkého voza do detektora bez ohľadu na svetlo. vlna je rozptýlená vrstvou oxidu zinočnatého. Pre detektor je svetelný lúč v obidvoch prípadoch takmer rovnaký. “

Pohľad do bunky

Táto metóda hľadania svetelných vzorov, vďaka ktorým je objekt do veľkej miery zastaraný, sa dá použiť aj na zobrazovacie procesy. „V nemocniciach sa röntgenové lúče používajú na to, aby sa pozreli dovnútra tela – majú kratšie vlnové dĺžky a môžu tak preniknúť do našej pokožky. Ale spôsob, akým svetelná vlna vstupuje do objektu, závisí nielen od vlnovej dĺžky, ale aj od vlny. Študenti na počítačovej simulácii šírenia vĺn. „Ak chcete zamerať svetlo vo vnútri objektu na určité body, náš prístup otvára úplne nové možnosti.“ Podarilo sa nám preukázať, že distribúcia svetla vo vnútri vrstvy oxidu zinočnatého sa dá špecificky riadiť aj pomocou nášho prístupu. „To môže byť zaujímavé napríklad pre biologické experimenty, pri ktorých chcete osvetliť veľmi konkrétne body, aby ste sa pozreli hlbšie do buniek.

Spoločná publikácia vedcov z Holandska a Rakúska už ukazuje, aká dôležitá je medzinárodná spolupráca medzi teóriou a experimentom pre dosiahnutie pokroku v tejto oblasti výskumu.

Odkaz: „Šírenie agresívnych režimov svetla v komplexných médiách“ Pritam Pai, Joren Bosch, Matthias Kuhmayr, Stephen Rotor a Allard P. Musk, 8. apríla 2021, Fotonika prírody.
DOI: 10.1038 / s41566-021-00789-9