Луч тьмы сделает предметы невидимыми

Сингапурские исследователи нашли метод маскировки объектов при помощи луча света с искусственно изменёнными параметрами: увидеть в нём что-то намного труднее, чем без него.

Если вы хотите подсветить что-то, то направите на объект своего внимания луч света в видимом диапазоне. А если этого мало, можно использовать оптические системы с различными ухищрениями, усиливающими яркость и резкость изображения.

А вот учёные из Национального университета Сингапура поступили ровно наоборот и создали устройство, которое применяет методику улучшения качества изображения для его ухудшения.

Обработка сравнительно простой линзой лазерного излучения позволила превратить облучаемую букву N из видимой (b) в нечто неуловимо расплывчатое (с). (Здесь и ниже иллюстрации Cheng-Wei Qiu et al.)

Как именно? Всё просто: исследователи обратили использование функции рассеяния точек. Как известно, любое изображение складывается из изображений точки. Однако даже при самом совершенном объективе яркость в её районе распределена неравномерно: в центре — пик освещённости, так называемый диск Эйри, а вокруг него яркость постепенно сходит на нет (тёмное кольцо), после чего вновь нарастает (светлое кольцо), что зачастую ведёт к слиянию разных точек для стороннего наблюдателя и большей размытости картинки. Чтобы добиться максимального разрешения при наблюдении объекта, центральный пик функции — то есть диск Эйри — надо сузить и интенсифицировать, а внешнюю часть — подавить. Это повышает яркость и позволяет получить резкое изображение с правильными краями его элементов.

Используя функцию рассеяния точек для создании линзы, искажающей излучение лазера так, что центральная часть светового пятна, которое образуется на облучаемом объекте, подавляется, а внешняя — усиливается, группа во главе с Чао Ваном (Chao Wan) из Национального университета Сингапура сумела расположить в центральной тёмной области такого луча 40-микрометровую букву N. Благодаря деструктивной интерференции световых волн в центральном пятне буква оказалась почти в полной темноте и не могла быть обнаружена в подобном искусственном освещении: не удавалось получить разрешение, которое позволяло бы её зафиксировать. Разработчики называют эту особенность модифицированной ими оптической схемы «антиразрешением».

Отдельно подчёркивается, что линза, модифицирующая излучение лазера, проста в изготовлении и, по сути, является прозрачной пластинкой с концентрическими кругами стандартных диэлектриков. Кроме того, в отличие от метаматериалов, маскировка таким способом возможна и без помещения соответствующих объектов между наблюдателями и маскируемым объектом, простым облучением последнего когерентным лучом на расстоянии.

Если для получения «суперразрешения» центральный пик надо «вытягивать», а боковые — подавлять, то для «антиразрешения» подавляется уже центральный пик и усиливаются боковые.

Поскольку в рассматриваемом опыте трёхмерный объект маскировался лишь лазером с фиксированной длиной волны (630 нм, красный), схема потенциально имеет значительные заделы для дальнейшего роста. «Этот новый метод управления светом создаёт огромное количество возможностей для оптических систем, включая как видение предметов, находящихся за каким-то препятствием [оборотная сторона техники, интересующая тех же военных], так и маскировку объектов, окружённых подобным полем высокой интенсивности», — заявляет Чао Ван.

Ну а в будущем, используя более значительную часть видимого спектра, говорят, можно будет «прятать» объекты с размерами, заметно превышающими микрометровые, по сути, создавая «пушку невидимости», наведение света от которой на некий предмет скроет его во тьме даже при существенном постороннем освещении.

С препринтом отчёта об этом исследовании можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Wired UK. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.