Исследователи создают световые волны, которые могут проникать даже в непрозрачные материалы

Почему сахар не прозрачный? Потому что свет, проникающий в кусочек сахара, рассеивается, изменяется и отклоняется очень сложным способом.

Тем не менее, как теперь смогли показать исследователи из TU Wien (Вена) и Университета Утрехта (Нидерланды), существует класс особых световых волн, к которым это не относится: для любой специфической неупорядоченной среды - такой как кубик сахара, который вы, возможно, только что положили в кофе - можно построить световые лучи, которые практически не меняются этой средой, а только ослабляются. Световой луч проникает в среду, и световой узор поступает на другую сторону, которая имеет такую же форму, как если бы среды вообще не было.

Астрономическое число возможных форм волн

Эта идея "режимов рассеяния-инвариантности света" также может быть использована для специального исследования интерьера объектов. Результаты были опубликованы в журнале Nature Photonics.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Волны на турбулентной поверхности воды могут принимать бесконечное количество различных форм, и подобным образом световые волны могут быть также выполнены в бесчисленном множестве различных форм. "Каждая из этих световых волн изменяется и отклоняется очень специфическим образом, когда вы посылаете ее через неупорядоченную среду", - объясняет профессор Штефан Роттер из Института теоретической физики TU Wien.

Вместе со своей командой Стефан Роттер разрабатывает математические методы для описания таких эффектов рассеяния света. Компетентность в создании и описании таких сложных световых полей была предоставлена командой профессора Алларда Моска из Университета Утрехта. "В качестве среды, рассеивающей свет, мы использовали слой окиси цинка - непрозрачный белый порошок из совершенно случайно расположенных наночастиц", - объясняет Аллард Моск, руководитель экспериментальной исследовательской группы.

Сначала нужно точно охарактеризовать этот слой. Вы подаете очень специфические световые сигналы через порошок окиси цинка и измеряете, как сигнал поступает на расположенный позади него детектор. Из этого можно сделать вывод, как любая другая волна изменяется этой средой - в частности, можно точно рассчитать, какая волновая картина изменяется этим слоем окиси цинка, точно так же, как если бы рассеяние волн в этом слое полностью отсутствовало.

"Как мы смогли показать, существует особый класс световых волн - так называемые режимы рассеяния-инвариантности света, которые производят точно такую же волновую картину на детекторе, независимо от того, была ли световая волна направлена только по воздуху или она должна была проникать в сложный слой окиси цинка", - говорит Стефан Роттер. "В эксперименте мы видим, что окись цинка на самом деле вообще не меняет форму этих световых волн - они просто становятся немного слабее в целом", - объясняет Аллард Моск.

Какими бы особенными и редкими ни были эти режимы рассеяния-инвариантности света, при теоретически неограниченном количестве возможных световых волн, их все равно можно найти много. И если правильно совместить несколько из этих режимов рассеяния-инвариантности света, то снова получится волновая форма рассеяния-инвариантности.

"Таким образом, по крайней мере в определенных пределах, вы можете свободно выбирать, какое изображение вы хотите отправить через объект без помех", - говорит Джероен Бош, который работал над экспериментом в качестве аспиранта. "Для эксперимента мы выбрали в качестве примера созвездие: Большой Медведь. И действительно, удалось определить волну рассеяния-инвариантности, которая посылает изображение Большого Медведя на детектор, независимо от того, рассеяна ли световая волна слоем окиси цинка или нет. Для детектора световой луч выглядит почти одинаково в обоих случаях".

Этот метод поиска световых паттернов, которые проникают в объект, в значительной степени нетронутый, также может быть использован для процедур визуализации. "В больницах рентгеновские снимки используются для того, чтобы заглянуть внутрь тела - они имеют более короткую длину волны и поэтому могут проникать в нашу кожу. Но то, как световая волна проникает в объект, зависит не только от длины волны, но и от формы волны", - говорит Маттиас Кюмайер, который работает аспирантом в области компьютерного моделирования распространения волн. "Если вы хотите сфокусировать свет внутри объекта в определенных точках, то наш метод открывает совершенно новые возможности. Мы смогли показать, что с помощью нашего подхода распределение света внутри слоя окиси цинка также можно целенаправленно контролировать". Это может быть интересно, например, для биологических экспериментов, где нужно ввести свет в очень специфических точках, чтобы заглянуть вглубь клеток.

То, что уже сейчас показывает совместная публикация ученых из Нидерландов и Австрии, это то, насколько важно международное сотрудничество между теорией и экспериментом для достижения прогресса в этой области исследований. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet