Ученые обнаружили "луч тьмы"

Мы все привыкли к тому, что если нам нужно лучше разглядеть какой-то объект в темном помещении, то самое простое — это подсветить его, то есть направить на данный предмет луч света. Однако в некоторых ситуациях тот же луч света может, наоборот, скрыть объект от наблюдателя. Это интересное свойство видимого света обнаружили ученые из Сингапура.

Фото:

Исследователи из Национального университета (Сингапур), которыми руководил профессор Чао Ван, прежде всего обратили внимание на одно оптическое явление, которое хорошо известно всем — функцию рассеяния точек. Оно основано на том, что любое изображение предмета складывается из изображений точек. Однако даже при самом совершенном объективе яркость подсвеченного изображения распределяется весьма неравномерно. Обычно в центре подсвеченной картинки мы наблюдаем пик освещенности (его называют диск Эйри), а вокруг него яркость постепенно сходит на нет, образуя темное кольцо.

Любопытно, что далее яркость опять нарастает, образуя светлое кольцо — это зачастую ведет к слиянию разных точек для стороннего наблюдателя и большей размытости картинки. Поэтому для того чтобы добиться максимального разрешения при наблюдении объекта, следует сузить и интенсифицировать центральный пик функции (то есть диск Эйри), ну а внешнюю часть, то есть светлое кольцо, вообще подавить. Такие меры приводят к общему повышению яркости, а также позволяют наблюдателю (или фотографу) получить резкое изображение картинки с правильными краями ее элементов.

Так вот, ученые решили использовать такую функцию рассеяния точек для создания весьма интересной линзы. Эта линза должна была исказить излучение лазера так, что центральная часть светового пятна, которое образуется на облучаемом объекте, оказывалась бы подавленной, а внешнее светлое кольцо, наоборот, максимально усилилось бы. После того как такой прибор был изготовлен, исследователи провели интересный эксперимент — они расположили в центральной темной области искаженного линзой лазерного луча 40-микрометровую букву N.

В итоге ее никто не смог разглядеть или сфотографировать, поскольку из-за деструктивной интерференции световых волн в центральном пятне буква оказалась почти в полной темноте и не могла быть обнаружена в подобном искусственном освещении. В итоге не нашлось такого прибора, с помощью которого удалось бы получить разрешение, которое позволяло бы хоть как-то зафиксировать эту букву. Именно из-за этого разработчики данного метода называли данную особенность модифицированной ими оптической схемы "антиразрешением".

Кстати, та самая линза, что модифицировала излучение лазера, превратив его луч света в своеобразный "луч тьмы", чрезвычайно проста в изготовлении — по сути дела, она является прозрачной пластинкой с концентрическими кругами стандартных диэлектриков. И это делает ее куда более привлекательной для специалистов, занимающихся проблемами "невидимости" предметов для видимого света — ее изготовление обойдется не столь дорого, как таковое обычно используемых ими устройств из метаматериалов. Кроме того, в отличие от вышеупомянутых математериальных конструкций, маскировка таким способом возможна и без помещения соответствующих объектов между наблюдателями и маскируемым объектом — она достигается путем простого облучения объекта когерентным лучом на расстоянии.

"Этот новый метод управления светом создает огромное количество возможностей для оптических систем, включая как видение предметов, находящихся за каким-то препятствием оборотная сторона техники, так и маскировку объектов, окруженных подобным полем высокой интенсивности", — комментирует результаты работы ведущий автор исследования профессор Чао Ван. Он так же подчеркнул, что хоть в их эксперименте трехмерный объект маскировался лишь лазером с фиксированной длиной волны (630 нм), однако сама схема потенциально имеет существенные заделы для дальнейшего роста — можно использовать различные типы лазеров с разнообразными длинами волн.

По словам разработчиков, в будущем, используя более значительную часть видимого спектра, можно будет "прятать" объекты с размерами, существенно превышающими микрометровые. Более того, вполне возможно будет сконструировать некую "пушку невидимости", которая будет наводить "лучи тьмы" на некий предмет, и он скроется от глаз наблюдателя даже при существенном постороннем освещении. Таким образом можно будет прятать военную технику, отдельные здания и даже целые города от глаз шпионов, как из рода человеческого, так и роботизированных…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"