Каждой камере — поляризацию
Поляризация — это одна из оптических характеристик света. В простейшем случае она представляет собой определенное направление его колебаний, точнее, вектора его электрического поля. Человеческий глаз и большинство видеокамер реагируют на интенсивность света и, как правило, не воспринимают эту характеристику излучения. Тем не менее характер поляризации света излученного или отраженного каким-либо предметом может многое поведать о нем.
Подобно спектроскопии, поляриметрия позволяет судить о физических свойствах поверхностей различных объектов и процессах в тонких пленках, о составе атмосферы и аэрозолях в ней, о магнитных полях звезд и многом другом. Для этих целей инженеры специально создают сложные и громоздкие камеры, которые к тому же дороги.
Недавно американо-европейская команда ученых под руководством профессора прикладной физики Федерико Капассо (Federico Capasso) из Гарвардского университета разработала достойную замену этим конструкциям. Оптики предложили оснащать широко распространенные видеокамеры дополнительным элементом, который устанавливают перед объективом камеры на место светофильтра. Он-то и превращает камеру в поляризационную. Работа ученых развивает их пионерские идеи, предложенные три года назад, и посвящена расчету и экспериментальной проверке конструкции.
Дополнительный элемент представляет собой решетку так называемого метаматериала. Вернее, это оптическая метаповерхность: на прозрачную подложку из плавленого кварца методами электронно-лучевой литографии и атомно-слоевого осаждения с интервалом 0,42 мкм нанесены решетки из столбиков оксида титана высотой 0,6 мкм. Они преобразуют и перенаправляют свет на светочувствительную матрицу камеры в зависимости от его поляризации. Новый элемент дал разработчикам возможность извлечь все четыре характеристики поляризации, которые в оптике называют Стоксовыми параметрами.
Федерико Капассо отмечает, что новый оптический элемент можно использовать с любыми видеокамерами, от миниатюрных шпионских до камер больших телескопов. Он позволит выявлять недоступные глазу и обычным приборам детали в изображениях. По мнению профессора, особенно важно это для биометрических систем распознавания лиц, устройств роботизированного контроля и приборов машинного зрения беспилотных автомобилей.
Профессор Капассо уверен, что элементы с метаповерхностями в будущем должны занять свое место в любом стандартном наборе исследовательской оптики наравне со светофильтрами или дифракционными решетками. Работа команды была поддержана Национальным научным фондом, а также грантами НАСА и ВВС США.