Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) разработали новый тип оптического пикселя, сочетающий в себе функции экрана и камеры в одном элементе. Он может как излучать свет, формируя изображение, так и считывать параметры падающего на него света. Об этом сообщает TechXplore.
Разработку назвали «пикселем Фурье» (Fourier pixel). В отличие от обычных элементов, которые либо регистрируют интенсивность света в камере, либо излучают его в дисплее, новая структура работает сразу в двух направлениях. Благодаря этому камеру и экран можно объединить в одном массиве пикселей.
Главное преимущество этой разработки заключается в том, что пиксель Фурье одновременно управляет несколькими характеристиками световой волны и считывает их — амплитуду, фазу и поляризацию. Обычные датчики фиксируют лишь интенсивность излучения. Зато новая структура позволяет извлекать из света гораздо больше полезной информации.
В основе работы лежат поверхностные плазмон-поляритоны — когерентные волны, распространяющиеся вдоль металлической поверхности. Свет, падающий на пиксель, сначала возбуждает такую поверхностную волну. Затем она достигает специально сформированного «элемента Фурье» — микроструктуры с волнистым профилем. Этот профиль рассчитывается методами анализа Фурье.
Подписывайтесь на Mediasat в Telegram: здесь самые интересные новости из мира технологий
Микроструктура рассеивает поверхностную волну обратно в свободное пространство, но уже с заранее заданным распределением амплитуды и фазы. По сути, форма поверхности работает как миниатюрный дифракционный процессор. Необходимый оптический фронт вычисляют с помощью обратного преобразования Фурье, а сам рельеф изготавливают на пикселях с нанометровой точностью.
Такая физика открывает перед пикселем Фурье широкие возможности. Он способен анализировать все составляющие света, в частности поляризацию, амплитуду и фазу, а также излучать свет заданного цвета с учётом этих параметров. Например, управляя фазой и поляризацией, можно сформировать луч в виде кольца с тёмной серединой.
Матрицы из таких пикселей найдут сразу несколько применений. Они смогут отображать цветное изображение и одновременно анализировать материалы по рассеянному свету. Кроме того, такие экраны способны формировать трехмерное изображение в пространстве, подобно голографическим дисплеям из «Звёздных войн».
Эта технология найдет применение и в оптических приборах. В частности, она позволит адаптировать фокусное расстояние микроскопов и телескопов в зависимости от объекта наблюдения и компенсировать атмосферную турбулентность. Разработчики также видят перспективу применения пикселей Фурье в телекоммуникациях, а также в оптических и квантовых вычислениях.
Над миниатюризацией дисплеев работают и в других странах. Ранее немецкие физики из Вюрцбургского университета имени Юлиуса-Максимилиана создали самый маленький пиксель в истории размером всего 300×300 нанометров. При такой плотности экран формата Full HD теоретически поместился бы на площади одного квадратного миллиметра.
