Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Линзы из жидких кристаллов обеспечили четырехмерную визуализацию

L-L. Ma et al. / ACS Nano, 2019

Физики описали и продемонстрировали возможность получения четырехмерных изображений при помощи массива микролинз из жидких кристаллов. Созданное устройство одновременно позволяет восстановить три пространственные координаты объектов в поле зрения, а также степень поляризации отраженного от них света. Предложенная схема может стать основой для нового вида дешевых сенсоров, пишут авторы в журнале ACS Nano.

Обычные камеры, как и глаза человека, получают двумерное изображение. Ощущение трехмерности создается за счет дополнительных средств: глубина резкости, саккады, бинокулярность, смена перспективы, обработка изображения и так далее. Однако возможно и получение истинно трехмерных изображений, которые содержат исчерпывающую информацию о положении всех запечатленных объектов по всем трем пространственным осям. Это реализовано во многих техниках микроскопии, таких как конфокальная микроскопия, Оптическая когерентная томография или атомно-силовая микроскопия.

Упомянутые техники используют сложное и дорогостоящее оборудование, обладают внутренними ограничениями, зачастую требуют получения нескольких кадров для восстановления трехмерного изображения и сложных методов компьютерной обработки, что замедляет получение результатов и уменьшает потенциал применения.

Вместе с тем свет обладает дополнительными характеристиками, в первую очередь, поляризацией, которые также важны во многих технических и природных обстоятельствах. Для регистрации поляризации также разработаны специальные камеры, но они также, как правило, объемны и дороги. Исключение составляют системы на основе пассивных поляриметров, но они только сейчас начинают появляться.

Комбинация трехмерного изображения и по крайней мере одного параметра поляризации позволила бы получать четырехмерные изображения, содержащие массу информации, полезной в контексте исследования материалов, навигации и при изучении взаимодействия живых существ. Однако пока что удобного устройства с такими возможностями не создано.

Китайские ученые под руководством Янь-Цин Лу (Yan-qing Lu) из Нанкинского университета предложили новый подход к созданию подобной камеры, основанный на массиве небольших линз, в которых в качестве преломляющей среды выступают жидкие кристаллы. Идея заключается в создании суперструктуры из небольших линз: от центра к краю увеличивается размер линз, что задает различные фокальные расстояния, а по кругу меняется ориентация жидких кристаллов, определяющая прозрачность для данной поляризации.

В результате становится возможным получать четырехмерное изображение по одному кадру: каждая микролинза строит собственное двумерное изображение, а положение наиболее резкого среди всех получаемых позволяет определить расстояние до объекта и степень поляризации. Физики подтвердили реализуемость идеи, создав соответствующую линзу. На данный момент устройство обладает ограниченными возможностями, но авторы отмечают, что их целью было лишь экспериментальное обоснование, при этом остается потенциал для оптимизации.

Ранее физики впервые получили динамически закрученный свет, записали два изображения на одной поверхности при помощи поляризации, обошли с ее помощью дифракционный предел, а также отучили зеркала изменять этот параметр.

Тимур Кешелава

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.