Эдисону бы это понравилось: старая лампа говорит на языке волновой оптики
Michigan Engineering возрождает забытую технологию.
Исследователи из Мичиганского университета разработали необычное устройство на основе обычной лампочки. В отличие от современных светодиодов и традиционных источников света, новое устройство создает особое излучение с помощью «закрученных» электромагнитных волн, которые вращаются в противоположных направлениях и зеркально отражают друг друга.
Основным элементом конструкции является вольфрамовая проволока уникальной структуры. В него внедрены спиральные элементы на микро- и наноуровне, благодаря которым световые волны приобретают эллиптическую поляризацию.
В природе эти оптические явления встречаются довольно редко. Одним из немногих существ, способных воспринимать такой свет, является богомол. Он имеет 12 различных типов фоторецепторов, что в четыре раза превышает возможности человеческого глаза с тремя типами клеток, воспринимающих красный, зеленый и синий цвета.
Зрительная система богомола позволяет ему видеть не только весь спектр видимого света, но и часть ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов. Более того, этот маленький охотник способен различать радиацию с круговой поляризацией, что делает его настоящим рекордсменом по качеству зрения среди морских обитателей.
Работа новой лампы напрямую зависит от температурного режима, от которого зависит длина волны. Для точного контроля этого параметра устройство оснащено специальным дисплеем, на котором в режиме реального времени отображается температура нити.
Чтобы лучше понять принцип работы устройства, стоит разобраться в сути поляризованного излучения. Представим световую волну как вибрацию веревки. При обычном освещении веревка хаотично колеблется во всех направлениях одновременно. Но в новой лампе свет ведет себя иначе: его волны совершают упорядоченные движения по эллиптической траектории, как если бы кончик веревки рисовал в пространстве овал. Такой характер колебаний отличается как от простого движения веревки вверх-вниз в одной плоскости (линейный случай), так и от равномерного кругового вращения. При эллиптическом движении амплитуда колебаний постоянно меняется, создавая сложную картину, похожую на вытянутую спираль. Это происходит, например, когда солнце отражается от поверхности воды.
Именно этот эффект используется в поляризационных солнцезащитных очках. Их линзы фильтруют свет, отраженный от горизонтальных поверхностей, уменьшая блики. Этот эффект особенно заметен на пляже или при вождении автомобиля.
На самом деле способность различать поляризованный свет широко распространена в животном мире. Пчелы и муравьи используют его как естественный компас для навигации, а морские существа, такие как осьминоги и рыбы, используют его, чтобы найти добычу или спрятаться от хищников.
Разработанная технология открывает новые горизонты в создании систем машинного зрения. «Витой» свет позволит роботам получить более полное представление об окружающем мире, точнее определять текстуру поверхности и распознавать объекты благодаря улучшенной контрастности изображения.
Как объясняет профессор Николас Котов, возглавляющий Центр сложных частиц и систем частиц NSF, безопасность автономных транспортных средств также повысится, если изобретение получит широкое распространение. Различные структуры шерсти животных и ткани человеческой одежды по-разному взаимодействуют со светом, поэтому теоретически системы смогут идентифицировать живые объекты на дороге.
Еще одним потенциальным применением является создание медицинских изображений. Имея подробные изображения тканей, врачи смогут поставить наиболее точный диагноз заболеваний на ранних стадиях.
В области материаловедение изобретение откроет новые возможности для изучения строения веществ. Оборудование для литья под давлением предоставит более подробную информацию о структуре материалов на микроскопическом уровне. это также позволит увеличить пропускную способность существующих линий связи без необходимости прокладки дополнительных кабелей. Кроме того, благодаря улучшенному контролю поляризации света можно создавать новые протоколы передачи данных с повышенным уровнем защиты от перехвата информации.
Несмотря на то, что лампы накаливания считались устаревшей технологией в эпоху светодиодов, они неожиданно получили второе рождение. Однако исследователи отмечают, что до массового производства таких устройств еще необходимо решить дальнейшие исследования и ряд технических проблем.
