Учёные добились прогресса в создании голограмм

Разработан новый вычислительный метод, упрощающий создание голографических изображений. Это позволит экспертам получать качественные изображения без необходимости соблюдения жестких требований к условиям работы.

Голография – это метод записи информации, основанный на использовании явления интерференции волн. Наиболее распространенным является оптическая голография. Она предполагает создание голограмм – трехмерных изображений – с помощью световых волн. В отличие от фотографии, голография фиксирует не только амплитуду, но и фазу световой волны, что обеспечивает возможность сохранения изображения в трехмерном пространстве.

Голографические методы позволяют получать изображения в средах, характеризующихся сильным рассеянием, таких как биологические ткани и горные породы, где традиционные способы визуализации оказываются неэффективными.

«Путеводная звезда» (guide star) — точка отсчета или источник света, используемый для калибровки системы и коррекции искажений, возникающих при прохождении света через сложные или рассеивающие среды. Без путеводной звезды точность визуализации снижается. Более того, получение голографического изображения обычно требует использования системы лазеров с точно известными параметрами освещения объекта.

Читайте также:  Физики впервые осуществили телепортацию кубита

Группа израильских физиков Ори Кац (Ori Katz), Омри Хаим (Omri Haim) и Джереми Богер-Ломбард (Jeremy Boger-Lombard) ученые представили новый вычислительный метод создания изображений, основанный на голографии. Эта техника расширяет и упрощает возможности оптической визуализации в плотных средах ы благодаря вычислительному моделированию экспериментов по управлению волновым фронтом.

В представленной работе предлагается методика, которая не предполагает использование ориентиров» ( guide-star-free), что исключает потребность в высокоразрешающих пространственных световых модуляторах ( spatial light modulators, SLM) благодаря этому достигается получение изображений через сложные рассеивающие среды с беспрецедентной скоростью и точностью.

Новая техника позволяет одновременно оптимизировать несколько «виртуальных SLM», что позволяет системе реконструировать изображения высокого качества без предварительного получения данных об объекте, который изображается, или особенностях рассеивания света.

Читайте также:  Томские ученые разработали концепцию принципиально нового ядерного топлива

Метод обладает значительной универсальностью и гибкостью. Благодаря ему исследователям удалось внести коррективы более чем в 190 тысяч рассеивающих мод — отдельных путей распространения света в материале. Для этого было использовано всего 25 голографически зафиксированных полей рассеянного света, полученных при случайном освещении с неизвестными параметрами. Данный метод применим к различным видам визуализации, таким как эпи-освещение, многократная коррекция рассеивающих слоев и эндоскопия без линз.

Предлагаемая технология визуализации позволяет формировать изображения высокого разрешения, проходящие через среды с сильным рассеянием, используя значительно меньшее количество измерений по сравнению с существующими методами. Это достигается без предварительного знания параметров объекта и без использования сложного, дорогостоящего оборудования.

Читайте также:  Ученые разработали метаматериал для более точного управления световыми волнами.

Исследователи уверены, что метод найдет применение в различных областях: биологической визуализации тканей, эндоскопии с использованием многожильного оптоволокна и акусто-оптической томографии, геофизике, радиолокации и медицинском ультразвуке. Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics.