Producerer hukommelse fra spættemønstre

Et team af forskere har udviklet en måde at øge hukommelsen af ​​pletter på markant, de meget komplekse mønstre, der er resultatet af at skinne et laserlys på et uigennemsigtigt ark, såsom papir, biologisk væv, eller tåge.

Metoden, udviklet af forskere fra Yale, Bilkent Universitet, National Nanotechnology Research Center (UNAM), Wiens teknologiske universitet, og University of Southern California, har potentielle anvendelser inden for områder som biomedicinsk billeddannelse, optisk metrologi, og kvanteinformationsvidenskab. Resultaterne offentliggøres i Fysisk gennemgang X .

Plettet mønstre kan sammenlignes med, hvad der sker, når mange dråber vand falder på overfladen af ​​en vandpyt på samme tid, resulterer i et bølgemønster, der hurtigt bliver meget komplekst. De plettede mønstre skabt af lys har en vis 'hukommelse', ' som forskere tidligere havde brugt til at udvikle en metode til at visualisere objekter skjult bag et uigennemsigtigt lag. Metoden går ud på at sende lys gennem et uigennemsigtigt lag (såsom en væg) for at skabe et spættet lysmønster bag laget. Selvom det giver indtryk af at være helt tilfældigt (se figur 1), det plettede mønster indeholder visse korrelationer, resulterer i en "vinkelhukommelse" - dvs. vipning af den indfaldende laserstråle på det uigennemsigtige lags overflade med en lille vinkel giver det samme transmitterede plettermønster, men med en vinkelhældning (se figur 2). Retningen og vinklen af ​​denne hældning bag det uigennemsigtige lag er den samme som hældningsretningen og -vinklen ved indgangen.

Med denne nye undersøgelse, selvom, det er nu muligt, at det plettede mønster, der er dannet på bagsiden, kan vippes i enhver ønsket retning, uanset hældningsvinklen og retningen af ​​laserlys på den uigennemsigtige overflade. Kerneingrediensen i den nye metode er "transmissionsmatrixen" af det uigennemsigtige lag, hvilket giver forholdet mellem laserlyset på den uigennemsigtige overflade og laserlyset, der passerer bagved. Ved at bruge den eksperimentelt bestemte transmissionsmatrix, laserlys på overfladen er rumligt formet ved hjælp af en enhed kendt som en rumlig lysmodulator. Dette rumligt formede lys tilpasser den kantede hukommelseseffekt, tillader den overførte plet at opføre sig som ønsket.

Det blev tidligere antaget, at den kantede hukommelseseffekt er et fysisk træk ved det uigennemsigtige materiale. Ved den tankegang, ydeevnen af ​​billeddannelsesmetoderne ved brug af denne hukommelseseffekt ville være begrænset af materialets fysiske egenskaber.

"I vores undersøgelse, selvom, vi har vist, at dette synspunkt er alt for pessimistisk, " sagde undersøgelsens hovedforfatter, Hasan Yilmaz, adjunkt ved Bilkent Universitet, UNAM. "Den vinkelmæssige hukommelse af lysbølgerne, der passerer gennem det uigennemsigtige lag, kan modificeres uafhængigt af de fysiske egenskaber af det uigennemsigtige materiale, ved at styre formen af ​​det indfaldende lys."

Det er et gennembrud, der åbner nye muligheder for teknologien.

"Vores metode har den lovende egenskab, at den også kan bruges til forskellige hukommelseseffekter i andre komplekse systemer såsom optiske fibre og kaotiske systemer, " sagde undersøgelsens seniorforfatter, Hui Cao, John C. Malone professor i anvendt fysik, professor i fysik, og professor i elektroteknik.

Prof. Stefan Rotter fra Wiens teknologiske universitet i Østrig bemærkede, at resultaterne godt demonstrerer kraften i at forme lysbølger i rummet.

"I øvrigt, de rejser også en lang række opfølgende spørgsmål, såsom om hukommelseseffekten i det transmitterede output speckle-mønster også har interessante konsekvenser for lysfelterne inde i det uigennemsigtige medium, " han sagde.

En anden anvendelse af den nye metode er inden for kvanteinformationsvidenskab. Tidligere, forskere påviste, at den kantede hukommelseseffekt også er til stede for kvantelys gennem spredningsmedier. Ved hjælp af den nye metode, kvantevinkelkorrelationer af sammenfiltrede fotoner, der er spredt gennem et komplekst medium, kan tilpasses. En sådan frihed til at ændre kvantekorrelationer vil have anvendelser inden for kvantebilleddannelse og metrologi.