Едисон би харесал това: старата лампа говори на езика на вълновата оптика

Michigan Engineering възражда една забравена технология.

Изследователи от университета в Мичиган разработиха необичайно устройство, базирано на обикновена електрическа крушка. За разлика от съвременните светодиоди и традиционните източници на светлина, новото устройство създава специално излъчване с помощта на „усукани“ електромагнитни вълни, които се въртят в противоположни посоки и огледално се отразяват една от друга.

Основният елемент на конструкцията е волфрамова жичка с уникална структура. В нея са вградени спираловидни елементи на микро- и нано-равнище, благодарение на които светлинните вълни придобиват елиптична поляризация.

В природата тези оптични явления са доста редки. Едно от малкото същества, способни да възприемат такава светлина, е богомолката. Тя има 12 различни вида фоторецептори, което е четири пъти повече от капацитета на човешкото око с неговите три вида клетки за възприемане на червен, зелен и син цвят.

Зрителната система на богомолката ѝ позволява да вижда не само целия спектър на видимата светлина, но и част от ултравиолетовия и инфрачервения диапазон. Нещо повече, този малък ловец е в състояние да различава кръгово поляризираното излъчване, което го прави истински шампион по качество на зрението сред морските обитатели.

Работата на новата лампа е в пряка зависимост от температурния режим, който определя дължината на вълната. За да се контролира точно този параметър, устройството е оборудвано със специален дисплей, който в реално време показва температурата на нажежаемата жичка.

За да се разбере по-добре принципът на действие на устройството, си струва да се разбере същността на поляризираното излъчване. Нека си представим светлинната вълна като трептене на въже. При обикновеното осветление въжето се колебае хаотично във всички посоки едновременно. Но в новата лампа светлината се държи по различен начин: нейните вълни извършват подредени движения по елиптична траектория, сякаш върхът на въжето чертае овал в пространството. Този характер на трептенията се различава както от простото движение на въжето нагоре-надолу в една равнина (линеен случай), така и от равномерното кръгово въртене. При елиптичното движение амплитудата на трептенията непрекъснато се променя, създавайки сложна картина, подобна на разтеглена спирала. Това се случва, например, когато слънцето се отразява от повърхността на водата.

Именно този ефект се използва в поляризиращите слънчеви очила. Техните лещи филтрират светлината, отразена от хоризонталните повърхности, като намаляват отблясъците. Този ефект е особено отчетлив на плажа или при шофиране на автомобил.

Всъщност способността да се различава поляризираната светлина е широко разпространена в животинското царство. Пчелите и мравките я използват като естествен компас за навигация, а морските обитатели като октоподите и рибите я използват, за да намерят плячка или да се прикрият от хищниците.

Разработената технология открива нови хоризонти при създаването на системи за машинно зрение. „Усуканата“ светлина ще даде възможност на роботите да получават по-пълна картина на заобикалящото ги пространство, по-точно да определят текстурите на повърхностите и да разпознават обекти благодарение на подобрения контраст на изображението.

Както обяснява професор Николас Котов, който оглавява Центъра за сложни системи от частици и частици на NSF, безопасността на автономните превозни средства също ще се подобри, ако изобретението бъде масово въведено. Различните структури на животинската козина и тъканите на човешките дрехи взаимодействат по различен начин със светлината, така че на теория системите ще могат да идентифицират живите обекти на пътя.

Друго потенциално приложение е създаването на медицински изображения. С подробни изображения на тъканите лекарите ще могат да поставят най-точната диагноза на заболяванията в ранните им стадии.

В областта на материалознанието изобретението ще открие нови възможности за изучаване структурата на веществата. Апаратурата за нагнетяване ще предоставя по-подробна информация за структурата на материалите на микроскопично ниво. също така ще се увеличи капацитетът на съществуващите комуникационни линии, без да се налага полагането на допълнителни кабели. Освен това с подобрения контрол на поляризацията на светлината могат да се създадат нови протоколи за предаване на данни с повишено ниво на защита срещу прихващане на информацията.

Въпреки факта, че лампите с нажежаема жичка се смятаха за остаряла технология в ерата на светодиодите, те изведнъж получиха второ раждане. Изследователите обаче отбелязват, че преди масовото производство на такива устройства все още трябва да се проведат допълнителни изследвания и да се решат редица технически проблеми.