Закрученный свет: лампа Эдисона снова обрела смысл

Забудьте о светодиодах, исследователи из Университета Мичигана разработали новый тип лампы накаливания. Устройство способно излучать эллиптически поляризованный свет, который называют «закрученным» светом. Слово «закрученный» (или «хиральный») описывает вращение электромагнитных волн света по часовой и против часовой стрелки, которые зеркально отражают друг друга по мере их распространения. В отличие от этого, традиционные источники света излучают неполяризованный свет или линейно поляризованный свет. Звучит странно, но этот новый дизайн может кардинально изменить оптику и фотонику.

Лампа производит этот закрученный тип поляризованного света благодаря сложной инженерии самого нити накала. Интегрируя микро- и наноразмерные завитки в структуру вольфрамовой нити, световая волна наследует эту спиральную форму, эффективно изменяя поляризационные характеристики света. Подобное изменение поляризации напоминает явления, встречающиеся в природе, например, изумительно сложное и специализированное зрение мантовой креветки.

Обладая 16 типами фоточувствительных рецепторов (в отличие от всего четырёх у людей — палочек и красных, зелёных и синих колбочек), мантовые креветки видят все цвета, включая части ультрафиолетового и инфракрасного спектра. Они могут даже обнаруживать круговую поляризацию света. Эта отличная визуальная информация делает их смертоносными охотниками под водой (и не будем забывать, что они могут наносить удары в 100 раз сильнее человека, но это уже другая история). Все мы слышали о поляризованных солнечных очках, и большинство людей считает их лучше, чем неполяризованные. Да и нет, в зависимости от того, как они используются. Поляризованный свет — это просто волны света, колеблющиеся в определённом направлении.

Прямой солнечный свет обычно рассеивается во всех направлениях, но когда он отражается от воды, свет отражается линейно в том же направлении, что и отражающая поверхность, и световые волны приходят к глазам более равномерно, что делает свет ярче или жестче для глаз. Чем прозрачнее вода или более отражающая поверхность, тем более однородной становится поляризация, направляясь прямо в ваши глаза. Поэтому поляризованные очки работают гораздо лучше на пляже, озере или за рулём. В следующий раз, когда будете носить поляризованные очки (которые обычно предназначены для горизонтально поляризованного света), посмотрите на отражающее окно, а затем поверните голову на 90 градусов — и вы увидите, как они работают в действии. Но вернемся к тому, почему эта старая технология с новым поворотом так интересна...

Как уже упоминалось, некоторые животные чувствительны к поляризованному свету. Пчёлы, муравьи и птицы, среди прочих, используют его для навигации. Осьминоги, рыбы и другие используют его для охоты или маскировки. Список можно продолжать. Одним из самых перспективных применений технологии закрученного света является развитие систем зрения для роботов, давая им возможность видеть в спектрах, схожих с теми, которые у этих специализированных животных. Эллиптически поляризованный свет может значительно улучшить способность робота интерпретировать окружающую среду, предоставляя больше информации.

Например, это может улучшить распознавание объектов и текстур поверхностей, обеспечивая больше контраста. Если вы когда-либо использовали камеру с автофокусом и не могли сфокусировать её на чём-то плоском, это обычно из-за недостаточного контраста для сенсора, чтобы отличить расстояние. Чем лучше системы зрения роботов, тем лучше результаты для таких действий, как автономная навигация или машинное обучение. Закрученный свет будет как наложение трёхмерной сетки на объект, которую зрение робота сможет точно отобразить.

«Эти выводы могут быть важны, например, для автономного транспортного средства, чтобы различить оленя и человека, которые излучают свет с похожими длинами волн, но с разной хиральностью, потому что шерсть оленя имеет другую завитость, чем наша ткань», — сказал Николас Котов, профессор и директор Центра сложных частиц и частицовых систем в NSF, соавтор исследования. Кроме робототехники, этот тип света может улучшить другие технологии визуализации, такие как более детальная медицинская диагностика и материалы науки. Улучшения в системах связи также имеют важное значение.

Поляризованный свет уже используется в оптоволокне и для передачи данных, чтобы передавать больше информации по одной линии. Способность точно управлять поляризацией света может привести к увеличению числа каналов на существующей инфраструктуре, делая скорость передачи данных быстрее и безопаснее. Лампы накаливания, казавшиеся старыми и устаревшими в эпоху светодиодов, снова обрели смысл и могут потенциально осветить наше будущее. Но не спешите доставать свои старинные лампочки из шкафа, ещё предстоит проделать большую работу.

• Микроволновка для проводов и кабелей
• Учёные обнаружили новую, третью форму магнетизма, которая может стать «недостающим звеном» в поисках сверхпроводимости
• Новая работа создает дорожную карту для следующего поколения биоэлектронной медицины
• Средневековая нанотехнологичная кольчуга
• Исследование показывает, что телетерапия не улучшила доступ к психиатрической помощи
• Eni будет искать энергоресурсы с помощью суперкомпьютера нового поколения
• Искусственный интеллект: новая реальность трудового рынка
• 3D-печатная грибная топливная ячейка предлагает биоразлагаемое решение для получения энергии