Секрет новой разработки специалистов из Швейцарской высшей технической школы Цюриха кроется в использовании эффекта интерференции световых волн и наноразмерной обработки поверхности. Исследователи формируют на чипе микроскопические рельефы (с точностью до нескольких нанометров), которые преобразуют падающий свет в поверхностную волну — так называемый плазмон-поляритон. Эта волна скользит вдоль поверхности до определенной точки, где рассеивается обратно в виде светового луча. Накладываясь друг на друга, эти лучи создают любые заданные узоры и изображения — все это управляется с помощью математического аппарата анализа Фурье.

Новинка позволяет контролировать не только интенсивность, но и поляризацию света — направление колебаний электромагнитной волны. Накладывая поверхностные волны с разной поляризацией, ученые получают на выходе луч с совершенно произвольной ориентацией поляризации. Более того, они научились формировать световые пучки с «дыркой» посередине — так называемые «донатные лучи». И все это работает одновременно для разных длин волн, что позволяет генерировать полноцветные изображения, сообщает Techxplore.

Самое интригующее в открытии — обратимость процесса. Та же самая интерференционная схема позволяет не только создавать свет, но и анализировать его. Если на пиксель направить исследуемый луч и опорную волну, их интерференционная картина фиксируется камерой. Затем с помощью преобразования Фурье ученые вычисляют фазу и поляризацию исходного света. Фактически, один и тот же наноструктурированный участок чипа работает как проектор и как спектроанализатор одновременно.

При этом для расчета нужной формы поверхности сложные модели не нужны, достаточно обычного анализа Фурье. И поскольку поверхностные волны сами по себе выполняют математические операции прямо на чипе, пиксели могут обрабатывать изображение без участия внешнего компьютера. То есть они способны «увидеть» картинку, тут же вычислить необходимый отклик и сформировать соответствующий световой узор.

Пока команда исследователей смогла продемонстрировать работу единичного пикселя, но их конечная цель — создание полноценной матрицы из миллионов таких ячеек. Ее появление откроет дорогу к «камерам-дисплеям» нового поколения: устройствам, которые одновременно показывают и снимают происходящее перед ними, устройствам дополненной реальности с мгновенной обратной связью и оптическим процессорам для квантовых вычислений.

Команда ученых из Южной Кореи разработала первый в мире дисплей, способный переключаться между режимами двух- и полноценного трехмерного изображения без необходимости в громоздкой оптике или очках. Технология основана на метаповерхностной линзе — ультратонком металензе, состоящем из наноструктур, которые динамически управляют поляризацией света.