In der Welt der optischen Technologien hat ein Durchbruch stattgefunden, der unsere Vorstellung davon, wie Geräte mit Licht interagieren, revolutionieren könnte. Wissenschaftler des Eidgenössischen Technischen Instituts Zürich (ETH Zürich) haben einen einzigartigen „Fourier-Pixel“ entwickelt. Dieses Gerät bricht mit herkömmlichen Mustern: Im Gegensatz zu traditionellen Flüssigkristall- oder OLED-Pixeln, die entweder Licht emittieren (in Monitoren) oder es erfassen (in Kameras), vereint die neue Entwicklung beide Funktionen in einer einzigen Struktur.

Die Ergebnisse der Studie, die in der renommierten Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurden, beschreiben die Schaffung eines Elements, das gleichzeitig als mikroskopischer Emitter und Sensor fungieren kann. Dies berichtet RBK-Ukraine.

Mathematik, die zur Realität wurde

Das Konzept der neuen Technologie basiert auf komplexen Phänomenen der Wellenoptik. Wie sich jedoch herausstellte, waren die mathematischen Berechnungen für ihre Umsetzung relativ einfach. Der Name „Fourier-Pixel“ ist dem berühmten Mathematiker Joseph Fourier gewidmet. Seine Formeln ermöglichten es den Wissenschaftlern, den für den Betrieb des Geräts erforderlichen künstlichen Mikrorelief zu modellieren.

Der entscheidende Unterschied dieser Entwicklung ist die bidirektionale Kontrolle. Das Element kann mit drei fundamentalen Parametern einer Lichtwelle interagieren:

  • Intensität (Amplitude);
  • Phase der Schwingung;
  • Polarisation.

Die Konstruktion stellt eine Schnittstelle mit einem präzise berechneten wellenförmigen Relief dar. Diese mikrostrukturierte Oberfläche interagiert mit Oberflächenlichtwellen und wandelt gestreutes Licht in kontrollierte optische Muster um, die nützliche Informationen tragen.

Praktische Bestätigung der Theorie

Laut den Co-Autoren des Projekts Yannik Glauser und Sander Fonk transformiert diese Entwicklung das klassische Verständnis des Pixels als eines einfachen Punktes mit einer bestimmten Helligkeit. Jetzt ist ein Pixel ein kompaktes, vollwertiges optisches Gerät für die totale Kontrolle des Lichtfeldes.

Der Leiter der Forschungsgruppe, Professor David Norris, betonte, dass die Experimente die mathematischen Modelle vollständig bestätigt haben: Das vorgegebene Wellenmuster erzeugte in der Praxis sofort das erforderliche optische Ergebnis. Die von der Gruppe in einer Vorstudie geschaffene „Fourier-Oberfläche“ bewies ihre Wirksamkeit.

Technologien der Zukunft: Von Hybridbildschirmen bis zu Hologrammen

Die Erstellung funktionierender Prototypen, auch wenn sie in Form sehr kleiner Partikel vorliegen, öffnet die Tür für Geräte der nächsten Generation. Die Anwendungsmöglichkeiten für Fourier-Pixel gehen weit über die aktuellen Entwicklungen hinaus:

  • Hybride Display-Kameras: Die Einführung von Bildschirmen, bei denen jeder Millimeter der Matrix nicht nur Bilder anzeigt, sondern gleichzeitig den Blick des Benutzers, das Umgebungslicht oder Gesten ohne separate Objektive erfasst.
  • Holographische Systeme und AR: Die Nutzung des gesamten Spektrums der Lichteigenschaften (einschließlich Phase und Polarisation) wird die Erstellung realistischer dreidimensionaler Hologramme ermöglichen und Brillen für erweiterte Realität erheblich verbessern.
  • Adaptive Optik: Entwicklung von Kommunikations- und Überwachungssystemen, die in der Lage sind, die Parameter des ausgehenden Lichtsignals autonom und dynamisch an die Umgebungsbedingungen anzupassen, die sie in diesem Moment erfassen.

Obwohl die kommerzielle Nutzung von Kamera-Bildschirmen auf Basis von Fourier-Pixeln eine vielversprechende Nische bleibt, haben Schweizer Wissenschaftler bereits den ersten grundlegenden Schritt in diese Richtung getan und das Zeitalter der intelligenten Optik eingeleitet.