Исследователи Стэнфордского университета и Института науки и технологий Австрии (ISTA) разработали устройство, способное автоматически разделять частично когерентный свет на независимые компоненты. Результаты опубликованы 30 октября в журнале Nature Photonics, а 2–3 ноября университеты рассказали о работе широкой аудитории.
Чтобы понять значение открытия, нужно немного разобраться в поведении света.
Лазер излучает когерентный свет: его волны согласованы между собой. У обычной лампы эта согласованность отсутствует. А во многих реальных ситуациях свет оказывается частично когерентным, то есть отдельные волны некоторое время сохраняют определённую связь, но затем теряют её.
Когда такие световые потоки смешиваются, разделить их составляющие становится непросто.
Учёные создали миниатюрную фотонную схему, которая определяет характерные особенности смешанного света и направляет его независимые компоненты по отдельным выходным каналам.
В эксперименте исследователи сначала смешали излучение двух инфракрасных лазеров. Чип успешно разделил получившийся поток. Затем добавили третий лазер, и устройство справилось снова.
При этом на выходе удалось получить световые компоненты, между которыми отсутствовала взаимная когерентность. Именно это стало экспериментальным подтверждением идеи, обсуждавшейся физиками ещё в 1980-х годах.
Но зачем вообще раскладывать свет на составляющие?
Представим микроскоп, под которым находятся две крошечные светящиеся частицы. Если они расположены очень близко или накладываются в изображении, прибор может показать одно светлое пятно.
Однако свет содержит больше информации, чем просто яркость каждой точки картинки.
Новый способ анализа в перспективе позволит использовать различия между световыми компонентами, чтобы обнаруживать отдельные источники даже там, где обычное изображение объединяет их.
Другая возможная область применения — астрономия.
Исследователи уже сотрудничают с NASA, изучая, поможет ли технология различать свет от звёзд и экзопланет, который сегодня может восприниматься телескопом как единый источник.
Пока это лабораторное достижение. Чип испытан на контролируемых комбинациях лазерного света, а улучшение изображений реальных микроскопов или телескопов ещё предстоит продемонстрировать.
Тем не менее принципиальный шаг сделан.
Долгое время развитие оптических приборов связывали прежде всего с более совершенными линзами, чувствительными матрицами и вычислительными алгоритмами.
Теперь появляется ещё одна возможность: исследовать структуру светового потока до того, как он превратится в привычную фотографию.
Возможно, иногда для нового открытия не нужно больше света. Нужно научиться внимательнее разбирать тот, который уже есть.
И тогда в знакомом пятне на снимке однажды обнаружится целый мир.
