Вот это настоящая революция: новая технология может навсегда изменить смартфоны и ноутбуки

Что изобрели и как это работает?

Обычные пиксели в наших экранах работают только в одном направлении: они либо управляют светом (как дисплей), либо анализируют его (как сенсор камеры). Однако исследователи из ETH Zurich разработали уникальный "пиксель Фурье" (Fourier pixel), который сочетает в себе обе эти функции. Результаты их работы описывает издание Popular Science.

Смотрите также Величайшее кино в истории: обсерватория Веры Рубин начала 10-летнее исследование Вселенной

В основе технологии лежит фундаментальный физический принцип – интерференция световых волн. Чтобы обуздать это явление, ученые вырезали на чипе крошечные волнообразные рельефы. Этот микрорельеф действует как миниатюрный дифракционный процессор, позволяющий выполнять математические операции со светом непосредственно на аппаратном уровне.

Каждый такой пиксель преобразует свет в поверхностную волну (поверхностный плазмон-поляритон), которая распространяется вдоль металлической поверхности чипа. Затем в другой точке пикселя эта волна рассеивается обратно, создавая цветное изображение.

Свое название изобретение получило благодаря математическому методу – Фурье-анализу, который позволяет разложить сложные волны на простые составляющие.

Что это дает на практике? В отличие от классических пикселей, которые фиксируют только интенсивность света, фурье-пиксель обеспечивает полный двунаправленный контроль сразу над тремя параметрами электромагнитной волны:

• амплитуды;
• фазы колебаний;
• поляризации.

Благодаря этому система может даже генерировать световые пучки сложной формы – например, в виде пончика с дыркой посередине.

Поскольку профили поверхности пикселей можно определить с помощью Фурье-анализа, мы можем объединить контроль и анализ амплитуды, фазы и поляризации в одном пикселе, 
– объясняет соавтор исследования, постдокторант ETH Zurich Сандер Фонк.

Исследование возглавил физик-оптик, профессор материаловедения Дэвид Норрис. Вместе с ним над проектом работали докторант в области оптики Янник Глаузер и Сандер Фонк.

Огромные перспективы: где будут применять новую технологию

Наши новые пиксели для контроля и анализа могут стать полезным инструментом во многих сферах, 
– отмечает профессор Дэвид Норрис.

Сейчас авторы разработки стремятся создать полноценную матрицу из фурье-пикселей. В ближайшей перспективе это позволит выпускать экраны-камеры. Например, дисплей вашего ноутбука или смартфона сможет сканировать лицо или делать фотографии без каких-либо вырезов или встроенных под экран объективов.

В целом технология имеет огромный спектр применения:

• Голографические системы и AR/VR: создание реалистичных 3D-голограмм и ультракомпактных очков дополненной реальности без громоздких внешних камер.
• Адаптивная оптика: автоматическая фокусировка микроскопов и телескопов, а также компенсация атмосферных искажений.
• Телекоммуникации и вычисления: разработка оптических и квантовых компьютеров, а также систем связи, которые самостоятельно корректируют сигнал в зависимости от условий среды.

В долгосрочной перспективе "Фурье-пиксели" смогут не просто фиксировать изображение, но и обрабатывать его на аппаратном уровне благодаря естественным процессам интерференции. Это позволит создавать чрезвычайно энергоэффективные устройства, обрабатывающие визуальные данные вообще без участия центрального процессора.