Исследователи из Гарварда одними из первых экспериментально доказали существование предсказанного ранее эффекта Монтгомери.
Специалисты из Гарварда разработали новаторский подход к созданию трёхмерных световых структур в воздухе, не прибегая к традиционным оптическим элементам, таким как линзы. Это достижение стало подтверждением ранее предсказанного, но доселе не наблюдавшегося в контролируемых лабораторных условиях эффекта Монтгомери, позволяющего точно контролировать поведение света.
Суть эффекта Монтгомери заключается в том, что когерентный световой пучок, словно растворяясь, впоследствии вновь фокусируется на определённых расстояниях в свободном пространстве. Эта особенность открывает возможности для формирования повторяющихся объёмных световых узоров без использования стандартных оптических устройств. Перспективы применения включают разработку новых инструментов для микроскопии, сенсорики и квантовых вычислений.
В основе предлагаемой технологии лежит использование программируемого пространственного модулятора света. Это устройство позволяет модифицировать фазу лазерного луча, приводя её в соответствие с математическими условиями самовоспроизведения изображения. Исследователи смогли сформировать луч, который последовательно расфокусируется и перефокусируется, создавая чёткое пятно на заданном расстоянии, с возможностью повторения этого цикла.
Авторы исследования продемонстрировали, что данный метод применим не только к одиночным световым пятнам, но и к более сложным световым структурам, включая кольцевые лучи, многоточечные массивы и другие комплексные формы.
«Наша полностью программируемая платформа для самовоспроизведения изображений обладает значительным потенциалом для применения в различных областях, начиная от крупномасштабных квантовых компьютеров на основе нейтральных атомов и заканчивая одновременной многоплоскостной микроскопией», – отметил Мурат Ессенов, ведущий автор работы.
Предложенная технология может найти применение в экспериментальных квантовых компьютерах, где нейтральные атомы удерживаются в определённых позициях с помощью оптических пинцетов. Разработанный метод позволяет создавать многоуровневые массивы оптических пинцетов, что открывает путь к трёхмерным архитектурам квантовых компьютеров. Кроме того, он может быть полезен для многоплоскостной оптической визуализации биологических образцов, обеспечивая чёткие плоскости возбуждения при минимальной освещённости между ними, что улучшает соотношение сигнал/шум и снижает повреждение образцов.
В дальнейших планах исследовательской группы – интеграция разработанных световых лучей с метаповерхностями, представляющими собой ультратонкие оптические элементы.