Учёные впервые продемонстрировали эффект Монтгомери — управление светом без линз

Физики-прикладники из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) экспериментально подтвердили существование эффекта Монтгомери — явления, при котором структурированный луч света в свободном пространстве периодически расфокусируется и снова собирается в чёткое изображение без использования линз или зеркал. Это открывает новые возможности в микроскопии, сенсорике и квантовых вычислениях.

Эффект, теоретически предсказанный в 1960-х годах У.Д. Монтгомери, долгое время оставался математической абстракцией. В отличие от известного эффекта Талбота, который работает только с периодическими структурами (например, дифракционной решёткой), эффект Монтгомери применим практически к любому заранее заданному световому паттерну.

Исследователи под руководством Федерико Капассо использовали программируемый пространственный модулятор света, чтобы придать лазерному лучу нужную фазовую структуру. Они продемонстрировали, как луч, распространяясь в свободном пространстве, может циклически превращаться из расфокусированного пятна в чёткое изображение «бублика», массива точек или других сложных форм в строго заданных точках на пути своего распространения.

«Наша полностью программируемая платформа самоформирования изображений может найти применение в самых разных областях — от крупномасштабных квантовых компьютеров на нейтральных атомах до одновременной многофокусной микроскопии», — заявил ведущий автор работы Мурат Есенов.

Технология особенно перспективна для создания трёхмерных массивов оптических пинцетов в квантовых компьютерах и для многофокусной микроскопии биологических образцов с высоким соотношением сигнал/шум и минимальным повреждением тканей.

В дальнейшем команда планирует перенести свою методику на метаповерхности — ультратонкие наноструктурированные оптические элементы, которые можно производить как микрочипы.