Представьте себе очки дополненной реальности, которые отфильтровывают визуальный «шум», пропуская только нужный свет — не только по цвету, но и по направлению. Теперь, благодаря открытию китайских физиков, это стало возможным. Они разработали фотонное устройство, способное точно выбирать длину волны и угол падения света.
в новом исследовании, опубликованном в журнале eLight, учёные из Университета Сунь Ятсена и Фуданьского университета продемонстрировали экспериментальную двумерную наноструктуру – «сверхрешётку», способную выделять определённые световые моды из непрерывного спектра, отфильтровывая все остальные. Эта уникальная пространственная спектральная селективность открывает новые возможности для дисплеев дополненной и виртуальной реальности, тепловых излучателей, биосенсоров и квантовой фотоники.
«Направленность излучения действует как „волшебный ластик“, который точно подавляет спектральные особенности света вдоль кривой дисперсии. Это позволяет нам независимо управлять углом и длиной волны, преодолевая ограничения, накладываемые естественной дисперсией».
Свет распространяется волнами разной длины (цвета) и под разными углами (направлениями). Обычные оптические фильтры могут блокировать определённые цвета или контролировать угол падения света, но до сих пор одновременный выбор определённых цветов под нужным углом был сложной задачей.
Решением является пространственная спектральная селективность, которая позволяет выделять точные длины волн и углы, подобно тому, как можно услышать отдельные ноты, исполняемые скрипкой в симфоническом оркестре.
Однако в традиционных фотонных структурах, таких как дифракционные решётки или фотонные кристаллы, длина волны и угол сильно связаны и не могут управляться независимо. Новое устройство преодолевает это ограничение, используя эффект Фано — явление интерференции, которое создаёт резкие пики и провалы в отражении света.
Ключевым элементом технологии является металлическая решётка, состоящая из двух кремниевых нанорешёток, смещенных друг относительно друга на 35 нанометров. Это нарушает зеркальную симметрию, но сохраняет P-симметрию, что позволяет более точно управлять светом.
Экспериментальные образцы со смещением 37 нанометров показали отражение света только при нулевом угле падения и длине волны 1349 нанометров, причём в очень узкой полосе (±5 градусов и 14 нанометров).
Обратите внимание: Вскоре наступит эра автономных боевых машин, которые будут убивать себе подобных.
По сути, устройство действует как сверхтонкий оптический «привратник», пропускающий свет только в пределах строго заданных параметров.Чтобы проверить реальные преимущества технологии, учёные провели эксперимент с изображением. Они поместили суперрешётку перед шаблонной маской и облучили её лазером с регулируемой длиной волны. При попадании света на решётку под прямым углом и с заданной длиной волны изображение исчезало и блокировалось за счёт селективного отражения. При прочих параметрах изображение оставалось чётким. Контраст между «блокированным» и «пропущенным» состояниями достигал 6,2 раз, что подтвердило высокую эффективность фильтрации.
Эта технология может произвести революцию в дополненной реальности: например, очки будущего смогут устранять блики или выборочно подсвечивать цифровые элементы, тем самым повышая чёткость изображения и снижая утомляемость глаз. Ультратонкая и пассивная (не требующая источника питания) метасетка легко интегрируется в линзы и микрооптические системы.
Эта технология также может быть использована в теплотехнике для создания направленных излучателей для повышения энергоэффективности или в лазерных системах для улучшения качества излучения. В области биосенсоров и спектроскопии точное управление светом повысит контрастность и точность измерений.
Ученые также разработали фазовую диаграмму, описывающую влияние структурных параметров на селективность устройства, что поможет создать аналогичные системы для других диапазонов длин волн и материалов.
Авторы приходят к выводу: «Наше исследование не только предлагает решение фундаментальной проблемы независимого управления углом и длиной волны, но и открывает новые возможности для дисплеев дополненной и виртуальной реальности, спектральной визуализации, когерентного теплового излучения и передовых полупроводниковых технологий.
В эпоху, когда свет используется для передачи информации, высокоточных вычислений и сенсорных технологий, возможность точного управления его параметрами может стать таким же революционным событием, как изобретение первых линз или лазеров. Гиперсетка прокладывает путь к будущему, в котором световыми волнами можно будет управлять с беспрецедентной, почти атомной точностью.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.