Een team van onderzoekers heeft een manier ontwikkeld om het geheugen van spikkelpatronen aanzienlijk te vergroten, de zeer complexe patronen die het gevolg zijn van het schijnen van een laserlicht op een ondoorzichtige plaat, zoals papier, biologisch weefsel, of mist.

De methode, ontwikkeld door onderzoekers van Yale, Bilkent-universiteit, Nationaal onderzoekscentrum voor nanotechnologie (UNAM), Technische Universiteit Wenen, en de Universiteit van Zuid-Californië, heeft potentiële toepassingen voor gebieden als biomedische beeldvorming, optische metrologie, en kwantuminformatiewetenschap. De resultaten zijn gepubliceerd in Fysieke beoordeling X .

Spikkelpatronen kunnen worden vergeleken met wat er gebeurt als er veel waterdruppels tegelijk op het oppervlak van een plas vallen, resulterend in een golfpatroon dat al snel zeer complex wordt. De spikkelpatronen die van licht zijn gemaakt, hebben een bepaald 'geheugen, ' waarmee onderzoekers eerder een methode ontwikkelden om objecten te visualiseren die verborgen zijn achter een ondoorzichtige laag. De methode omvat het doorlaten van licht door een ondoorzichtige laag (zoals een muur) om een ​​gespikkeld lichtpatroon achter de laag te creëren. Hoewel het de indruk geeft volledig willekeurig te zijn (zie figuur 1), het gespikkelde patroon bevat bepaalde correlaties, resulterend in een "hoekig geheugen" - dat wil zeggen, kantelen van de invallende laserstraal op het oppervlak van de ondoorzichtige laag met een kleine hoek levert hetzelfde uitgezonden spikkelpatroon op, maar met een hoekige helling (zie figuur 2). De richting en hoek van deze helling achter de ondoorzichtige laag zijn hetzelfde als de hellingsrichting en hoek bij de ingang.

Met deze nieuwe studie Hoewel, het is nu mogelijk dat het op de rug gevormde spikkelpatroon in elke gewenste richting kan worden gekanteld, ongeacht de hellingshoek en richting van het laserlicht op het ondoorzichtige oppervlak. Het kernbestanddeel van de nieuwe methode is de "transmissiematrix" van de ondoorzichtige laag, die de relatie geeft tussen het laserlicht op het ondoorzichtige oppervlak en het laserlicht dat erachter passeert. Met behulp van de experimenteel bepaalde transmissiematrix, laserlicht op het oppervlak wordt ruimtelijk gevormd met behulp van een apparaat dat bekend staat als een ruimtelijke lichtmodulator. Dit ruimtelijk gevormde licht past het hoekige geheugeneffect aan, waardoor de uitgezonden spikkel zich naar wens kan gedragen.

Eerder werd aangenomen dat het hoekige geheugeneffect een fysiek kenmerk is van het ondoorzichtige materiaal. Door dat denken, de prestaties van de beeldvormingsmethoden die dit geheugeneffect gebruiken, zouden worden beperkt door de fysieke eigenschappen van het materiaal.

"In onze studie Hoewel, hebben we laten zien dat deze visie veel te pessimistisch is, " zei de hoofdauteur van de studie, Hasan Yilmaz, assistent-professor aan de Bilkent University, UNAM. "Het hoekgeheugen van de lichtgolven die door de ondoorzichtige laag gaan, kan onafhankelijk van de fysieke eigenschappen van het ondoorzichtige materiaal worden gewijzigd, door de vorm van het invallende licht te regelen."

Het is een doorbraak die nieuwe mogelijkheden opent voor de technologie.

"Onze methode heeft de veelbelovende eigenschap dat het ook kan worden gebruikt voor verschillende geheugeneffecten in andere complexe systemen zoals optische vezels en chaotische systemen, " zei de senior auteur van de studie, Hui Cao, de John C. Malone hoogleraar toegepaste natuurkunde, hoogleraar natuurkunde, en hoogleraar elektrotechniek.

Prof. Stefan Rotter van de Technische Universiteit van Wenen in Oostenrijk merkte op dat de resultaten mooi de kracht aantonen van het ruimtelijk vormgeven van lichtgolven.

"Bovendien, ze roepen ook tal van vervolgvragen op, zoals of het geheugeneffect in het uitgezonden spikkelpatroon ook interessante gevolgen heeft voor de lichtvelden in het ondoorzichtige medium, " hij zei.

Een andere toepassing van de nieuwe methode is in de kwantuminformatiewetenschap. Eerder, onderzoekers toonden aan dat het angulaire geheugeneffect ook aanwezig is voor kwantumlicht via verstrooiende media. Met behulp van de nieuwe methode, kwantum-hoekcorrelaties van verstrengelde fotonen die door een complex medium worden verspreid, kunnen worden aangepast. Een dergelijke vrijheid om kwantumcorrelaties te wijzigen, zal toepassingen hebben in kwantumbeeldvorming en metrologie.