Новітній пристрій здатний випромінювати еліптично поляризоване світло, яке називають «скрученим».
Слово "скручений" (він же "хіральний") описує обертання за годинниковою стрілкою та проти годинникової стрілки електромагнітних хвиль світла, які відбивають один одного в міру поширення. Навпаки, традиційні джерела світла випромінюють неполяризоване або лінійно поляризоване світло.
Звучить дивно, але ця нова конструкція може перетворити оптику та фотоніку.
Лампа виробляє цю скручену форму поляризованого світла завдяки складній конструкції самої нитки розжарювання. Інтегруючи мікро- та наномасштабні скручування в структуру вольфрамової нитки, світлова хвиля успадковує цю спіральну форму, що фактично робить її еліптично поляризованою.
Зміна характеристик поляризації світла таким чином імітує те, що зустрічається в природі, наприклад, сміховинно складний та спеціалізований зір рака-богомола. З 16 типами фоторецепторів (порівняно з жалюгідними чотирма у людей — паличками та червоними, зеленими та синіми колбочками) рак-богомол може бачити всі кольори, включаючи частини ультрафіолетового та інфрачервоного спектра. Вони навіть можуть виявляти кругову поляризацію світла. Вся ця чудова візуальна інформація робить їх смертоносними підводними мисливцями (не кажучи вже про те, що вони можуть бити приблизно в 100 разів сильніше, ніж людина, але це інша історія, в інший раз).
Що таке поляризоване світло?
Ми всі чули про поляризовані сонцезахисні окуляри, і загальна думка така, що вони кращі за неполяризовані сонцезахисні окуляри. Так і ні, залежно від того, як ви їх використовуєте.
Поляризоване світло - це просто хвилі світла, що коливаються в певному напрямку. Пряме сонячне світло зазвичай розсіюється у всіх напрямках, але коли сонячне світло потрапляє у воду, світло лінійно відбивається в тому ж напрямку, що і поверхня, що відбиває, і світлові хвилі рухаються до ваших очей в основному однорідно, роблячи їх більш яскравими або більш різкими для ваших очей. Чим більш гладка вода або більш поверхня, що відбиває, тим більш рівномірно поляризація потрапляє прямо у ваші очні яблука. Ось чому поляризовані сонцезахисні окуляри працюють набагато краще на пляжі, озері або під час водіння.
Наступного разу, коли ви одягнете поляризовані сонцезахисні окуляри, які, як правило, призначені для горизонтально поляризованого світла, подивіться на вікно, що відбиває, потім поверніть голову на 90 градусів вбік, і ви побачите, як вони працюють у дії.
Але повернемося до того, чому ця стара технологія з новою родзинкою крута... Як згадувалося раніше, деякі тварини чутливі до поляризованого світла. Бджоли, мурахи та птахи, серед інших, використовують його для навігації. Восьминоги, риби та інші використовують його для полювання чи укриття. Список можна продовжувати.
Одне з найперспективніших застосувань цієї технології скрученого світла — у роботизованих системах зору, які дають роботам можливість бачити в спектрах, схожих на спектри цих спеціалізованих тварин.
Еліптично поляризоване світло може покращити здатність робота інтерпретувати довкілля набагато краще, ніж розсіяне світло, надаючи більше шарів інформації. Наприклад, воно може покращити виявлення об'єктів та розпізнавання текстури поверхні, забезпечуючи більшу контрастність. Якщо ви коли-небудь використовували камеру з автофокусом і вам просто не вдавалося сфокусуватися на чомусь простому або плоскому, зазвичай це відбувається через те, що датчику не вистачає контрастності, щоб визначити, наскільки далеко це знаходиться.
Чим краще бачать роботизовані системи зору, тим кращі результати таких видів діяльності, як автономна навігація чи машинне навчання. Скривлене світло було б подібне до накидання тривимірної сітки на об'єкт, який роботизований зір міг би аналізувати з набагато більшою точністю.
«Ці результати, наприклад, можуть бути важливими для автономного транспортного засобу, щоб розрізняти оленя та людину, яка випромінює світло зі схожою довжиною хвилі, але різною спіральністю, тому що хутро оленя має інший завиток, ніж наша тканина», — сказав Ніколас Котов, професор та директор Центру складних частинок та систем частинок NSF, а також співавтор дослідження.
Крім робототехніки, цей тип світла має потенціал для покращення інших технологій візуалізації, таких як докладніша медична діагностика та зображення в галузі матеріалознавства.
Поліпшення у системах зв'язку щонайменше значущі. Поляризоване світло вже використовується в оптоволокні та передачі даних для передачі більшої кількості даних по одній лінії. Можливість керувати поляризацією світла з такою точністю може призвести до збільшення кількості каналів у наявній інфраструктурі, що зробить швидкість передачі даних швидшою та безпечнішою.
Лампи розжарювання, які здавалися старими та застарілими в епоху світлодіодів, знову набули свого призначення, щоб потенційно висвітлити наше майбутнє. Але не діставайте поки що свої сторічні лампочки з шафи, ще багато чого потрібно зробити.
Джерела: University of Michigan
