Дослідники зі Швейцарської вищої технічної школи Цюриха (ETH Zurich) розробили новий тип оптичного пікселя, що поєднує функції екрана й камери в одному елементі. Він може як випромінювати світло, формуючи зображення, так і зчитувати параметри світла, що на нього падає. Про це повідомляє TechXplore.
Розробку назвали «пікселем Фур’є» (Fourier pixel). На відміну від звичайних елементів, які або реєструють інтенсивність світла в камері, або випромінюють його в дисплеї, нова структура працює одразу у двох напрямках. Завдяки цьому камеру й екран можна поєднати в одному масиві пікселів.
Головна перевага розробки в тому, що піксель Фур’є керує кількома характеристиками світлової хвилі водночас і зчитує їх — амплітуду, фазу та поляризацію. Звичайні сенсори фіксують лише інтенсивність випромінювання. Натомість нова структура дає змогу видобувати зі світла значно більше корисної інформації.
В основі роботи лежать поверхневі плазмон-поляритони — когерентні хвилі, що поширюються вздовж металевої поверхні. Світло, яке падає на піксель, спершу збуджує таку поверхневу хвилю. Відтак вона досягає спеціально сформованого «елемента Фур’є» — мікроструктури з хвилястим профілем. Цей профіль розраховують методами аналізу Фур’є.
Підписуйтесь на Mediasat у Telegram: тут найцікавіші новини ТБ та телекому
Мікроструктура розсіює поверхневу хвилю назад у вільний простір, але вже із заздалегідь заданим розподілом амплітуди та фази. По суті, форма поверхні працює як мініатюрний дифракційний процесор. Потрібний оптичний фронт обчислюють за допомогою оберненого перетворення Фур’є, а сам рельєф виготовляють на пікселі з нанометровою точністю.
Така фізика дає пікселю Фур’є широкі можливості. Він здатний аналізувати всі складові світла, зокрема поляризацію, амплітуду та фазу, а також випромінювати світло заданого кольору з урахуванням цих параметрів. Наприклад, керуючи фазою та поляризацією, можна сформувати промінь у вигляді кільця з темною серединою.
Матриці з таких пікселів матимуть одразу кілька застосувань. Вони зможуть показувати кольорове зображення й водночас аналізувати матеріали за розсіяним світлом. Крім того, такі екрани здатні формувати тривимірне зображення в просторі на кшталт голографічних дисплеїв із «Зоряних воєн».
Технологія знадобиться й в оптичних приладах. Зокрема, вона дасть змогу адаптувати фокусну відстань мікроскопів і телескопів залежно від об’єкта спостереження та компенсувати атмосферну турбулентність. Розробники також вбачають перспективу застосування пікселів Фур’є в телекомунікаціях, а також в оптичних і квантових обчисленнях.
Над мініатюризацією дисплеїв працюють і в інших країнах. Раніше німецькі фізики з Вюрцбурзького університету імені Юліуса-Максиміліана створили найменший піксель в історії розміром лише 300×300 нанометрів. За такої щільності екран формату Full HD теоретично помістився б на площі одного квадратного міліметра.
