Исследователи из Гарвардского университета представили инновационную технологию формирования сложных объемных световых структур в открытом пространстве без применения линз, тем самым экспериментально подтвердив теорию эффекта Монтгомери и продемонстрировав возможность его прецизионной настройки.
Эффект Монтгомери представляет собой редкое физическое явление, при котором когерентное излучение, претерпевая кажущееся рассеяние, самопроизвольно восстанавливает фокусировку на строго определенных дистанциях. Несмотря на то, что данный феномен был теоретически описан еще в 1960-х годах, добиться его воспроизведения в жестко контролируемых лабораторных условиях удалось только сейчас. Использование этого эффекта позволяет генерировать циклические трехмерные паттерны света без традиционных оптических компонентов, таких как линзы или зеркала, что открывает широкие горизонты для развития сенсорики, микроскопии и систем квантовых вычислений.
Методика базируется на эксплуатации программируемого пространственного модулятора света. Это высокотехнологичное устройство корректирует фазовый фронт лазерного луча таким образом, чтобы он соответствовал математическим принципам самовоспроизведения изображений. В результате ученым удалось создать пучок, который намеренно расфокусируется по мере удаления от источника, а затем вновь собирается в четкую точку на заданном расстоянии, многократно повторяя этот цикл.
Эксперименты подтвердили универсальность подхода: метод эффективен не только для формирования одиночных световых пятен, но и для генерации сложных структурированных пучков, включая тороидальные конфигурации и многоточечные матрицы высокой сложности.
«Разработанная нами полностью адаптивная платформа для саморепликации световых полей найдет применение в самых разных областях — от создания масштабируемых квантовых процессоров на нейтральных атомах до реализации методов одновременной многоплоскостной микроскопии», — подчеркнул Мурат Ессенов, ведущий автор научной работы.
Предложенный метод обладает исключительной ценностью для экспериментальной квантовой информатики, где нейтральные атомы удерживаются в пространстве с помощью «оптических пинцетов» (сверхсфокусированных лазерных лучей). Технология, вышедшая из лаборатории Капассо, позволяет формировать многоуровневые массивы таких ловушек, что закладывает фундамент для построения трехмерных архитектур квантовых компьютеров. Кроме того, данное решение оптимизирует процессы биовизуализации, обеспечивая четкую селекцию плоскостей возбуждения при минимальном уровне фонового шума и сниженной световой нагрузке на исследуемые образцы.
В ближайшей перспективе научный коллектив планирует интегрировать данные световые алгоритмы в метаповерхности — ультратонкие наноструктурированные оптические элементы нового поколения.
Источник: iXBT
