Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) представили принципиально новую разработку в области оптоэлектроники — так называемый пиксель Фурье (Fourier Pixel). В отличие от традиционных пикселей, выполняющих только одну задачу — отображение изображения или регистрацию света, новая технология объединяет функции дисплея и камеры в одном элементе.
По словам разработчиков, подобная архитектура способна стать основой для совершенно нового поколения экранов, которые смогут не только выводить изображение, но и «видеть» окружающий мир, анализируя характеристики падающего света.
Главное отличие пикселя Фурье заключается в его способности одновременно работать с несколькими параметрами световой волны. Если современные камеры фиксируют преимущественно интенсивность света, то новая технология анализирует значительно больше информации: амплитуду световой волны, фазу, поляризацию.
Благодаря этому дисплей получает возможность не только воспроизводить изображение, но и собирать данные об окружающих объектах, их свойствах и структуре поверхности.
В основе разработки лежит использование поверхностных плазмон-поляритонов — особых электромагнитных волн, распространяющихся вдоль металлических поверхностей. После попадания света на пиксель возбуждается поверхностная волна, которая затем взаимодействует со специально созданной наноструктурой — так называемым элементом Фурье.
Микроструктура имеет сложный рельеф, рассчитанный с использованием математического преобразования Фурье. Благодаря этому поверхность способна управлять распределением амплитуды и фазы отражённого света практически так же, как миниатюрный оптический процессор.
Подобный подход открывает широкий спектр практических возможностей. В перспективе массивы из таких пикселей смогут одновременно выполнять функции цветного дисплея и высокоточного оптического сенсора. Это позволит создавать экраны, которые анализируют материалы по отражённому свету, формируют сложные световые пучки и даже способны воспроизводить объёмные изображения, напоминающие голографические дисплеи из научно-фантастических фильмов.
Кроме дисплейных технологий, разработка может найти применение в различных областях науки и промышленности. Исследователи считают, что пиксели Фурье способны использоваться при создании новых поколений микроскопов, телескопов, систем связи, а также устройств для оптических и квантовых вычислений. Благодаря возможности управлять фазой света такие системы смогут автоматически корректировать фокусировку и компенсировать влияние атмосферных искажений.
Разработка ETH Zurich продолжает тенденцию к стремительной миниатюризации дисплейных технологий. Ранее немецкие исследователи представили рекордно маленький пиксель размером всего 300 × 300 нанометров, а новая швейцарская технология демонстрирует следующий этап эволюции — переход от обычных экранов к интеллектуальным дисплеям, способным одновременно отображать изображение, воспринимать окружающую среду и выполнять сложные вычисления непосредственно на уровне каждого пикселя. Для будущих телевизоров, AR/VR-гарнитур, профессиональных дисплеев и IPTV-устройств подобные решения могут стать основой принципиально новых способов взаимодействия с визуальным контентом.
