Ученые из университета Эксетера разработали новый метод управления лучами света в изменяющихся средах, например, в турбулентной атмосфере или живых тканях.
Исследование показывает способ создания лазерных лучей, устойчивых к влиянию движения материала, по которому проходит луч. Такая технология может привести к повышению разрешения биомедицинской визуализации и скорости передачи данных в оптических связях.
Лазерный луч, проходящий сквозь среду с переменной скоростью движения, подвергается постоянно меняющемуся рассеянию света. Это искажает информацию, передаваемую излучением, что затрудняет визуализацию и оптическую передачу данных. Мерцание звёзд, вызванное неоднородным рассеянием их света в земной атмосфере, является классическим примером. Однако, как выяснилось, даже в динамических средах существуют области с разной скоростью движения. «Проблема заключается в том, что мы не знаем, где именно расположены эти зоны внутри среды, будь то турбулентная атмосфера или живая ткань, — сказал руководитель исследования, профессор Дэвид Филлипс. — Поэтому мы разработали методы, которые автоматически находят наиболее стабильные участки и направляют свет именно через них».
В поисках «скрытых каналов» с минимальными колебаниями исследователи применили методы, заимствованные из обучения искусственных нейронных сетей. Алгоритмы изучали множество вариантов формы лазерных лучей, быстро отбирая те, которые обеспечивали наименьший уровень временных искажений. В результате световые лучи обходили быстро движущиеся области, концентрируясь в статичных или медленно изменяющихся зонах. «Эффективность метода превзошла ожидания», — подчеркнул Филлипс. «Это открывает возможности для широкого спектра технологий, от медицинской диагностики до коммуникаций».
Группа «Structured Light» под руководством Филлипса исследует возможность применения метода в гибких микроэндоскопах для высокоточной визуализации тканей и оптических системах передачи данных, где стабильность сигнала имеет критическое значение.
Главное преимущество этого метода в его широкой применимости. Технология не нуждается в предварительной информации о структуре среды и адаптируется к её изменениям мгновенно. Благодаря этому удаётся обойти традиционные проблемы, вызванные шумами и искажениями, и это может стать основой для новых устройств — от портативных медицинских сканеров до спутниковых систем связи, функционирующих даже в условиях атмосферных помех.