Un team di ricercatori ha sviluppato un modo per aumentare significativamente la memoria dei modelli di macchioline, i modelli molto complessi che risultano dal far brillare una luce laser su un foglio opaco, come carta, tessuto biologico, o nebbia.
Il metodo, sviluppato da ricercatori di Yale, Università di Bilkent, Centro nazionale di ricerca sulle nanotecnologie (UNAM), Università della Tecnologia di Vienna, e la University of Southern California, ha potenziali applicazioni per campi come l'imaging biomedico, metrologia ottica, e la scienza dell'informazione quantistica. I risultati sono pubblicati in Revisione fisica X .
I modelli di macchie possono essere paragonati a ciò che accade quando molte gocce d'acqua cadono contemporaneamente sulla superficie di una pozzanghera, risultando in un modello d'onda che diventa rapidamente molto complesso. Le macchioline create dalla luce hanno una certa memoria, ' che i ricercatori avevano precedentemente utilizzato per sviluppare un metodo per visualizzare oggetti nascosti dietro uno strato opaco. Il metodo prevede il passaggio della luce attraverso uno strato opaco (come un muro) per creare un motivo di luce maculato dietro lo strato. Sebbene dia l'impressione di essere completamente casuale (vedi figura 1), il modello maculato contiene alcune correlazioni, risultante in una "memoria angolare", cioè inclinando il raggio laser incidente sulla superficie dello strato opaco con un piccolo angolo si ottiene lo stesso modello di speckle trasmesso ma con un'inclinazione angolare (vedi figura 2). La direzione e l'angolo di questa inclinazione dietro lo strato opaco sono gli stessi della direzione e dell'angolo di inclinazione all'ingresso.
Con questo nuovo studio, anche se, è ora possibile che il motivo a puntini formato sul retro possa essere inclinato in qualsiasi direzione desiderata, indipendentemente dall'angolo di inclinazione e dalla direzione della luce laser sulla superficie opaca. L'ingrediente centrale del nuovo metodo è la "matrice di trasmissione" dello strato opaco, che dà la relazione tra la luce laser sulla superficie opaca e la luce laser che passa dietro di essa. Utilizzando la matrice di trasmissione determinata sperimentalmente, la luce laser sulla superficie viene modellata spazialmente utilizzando un dispositivo noto come modulatore di luce spaziale. Questa luce dalla forma spaziale personalizza l'effetto memoria angolare, permettendo allo speckle trasmesso di comportarsi come desiderato.
In precedenza si riteneva che l'effetto memoria angolare fosse una caratteristica fisica del materiale opaco. Con quel pensiero, le prestazioni dei metodi di imaging che utilizzano questo effetto memoria sarebbero limitate dalle proprietà fisiche del materiale.
"Nel nostro studio, anche se, abbiamo dimostrato che questo punto di vista è troppo pessimista, " ha detto l'autore principale dello studio, Hasan Yilmaz, professore assistente alla Bilkent University, UNAM. "La memoria angolare delle onde luminose che attraversano lo strato opaco può essere modificata indipendentemente dalle proprietà fisiche del materiale opaco, controllando la forma della luce incidente."
È una svolta che apre nuove possibilità per la tecnologia.
"Il nostro metodo ha la caratteristica promettente di poter essere utilizzato anche per diversi effetti di memoria in altri sistemi complessi come fibre ottiche e sistemi caotici, " ha detto l'autore senior dello studio, Hui Cao, il professore di fisica applicata John C. Malone, Professore di Fisica, e Professore di Ingegneria Elettrica.
Il prof. Stefan Rotter dell'Università di Tecnologia di Vienna in Austria ha notato che i risultati dimostrano bene il potere di modellare spazialmente le onde luminose.
"Inoltre, sollevano anche una moltitudine di domande di follow-up, ad esempio se l'effetto memoria nel pattern speckle in uscita trasmesso ha anche conseguenze interessanti per i campi di luce all'interno del mezzo opaco, " Egli ha detto.
Un'altra applicazione del nuovo metodo è nella scienza dell'informazione quantistica. In precedenza, i ricercatori hanno dimostrato che l'effetto memoria angolare è presente anche per la luce quantistica attraverso mezzi di diffusione. Utilizzando il nuovo metodo, le correlazioni angolari quantistiche di fotoni entangled che sono dispersi in un mezzo complesso possono essere personalizzate. Tale libertà di modificare le correlazioni quantistiche avrà applicazioni nell'imaging quantistico e nella metrologia.
