Uma equipe de pesquisadores desenvolveu uma maneira de aumentar significativamente a memória de padrões de manchas, os padrões muito complexos que resultam do brilho de uma luz laser em uma folha opaca, como papel, tecido biológico, ou nevoeiro.

O método, desenvolvido por pesquisadores de Yale, Bilkent University, Centro Nacional de Pesquisa em Nanotecnologia (UNAM), Universidade de Tecnologia de Viena, e a University of Southern California, tem aplicações potenciais para áreas como imagens biomédicas, metrologia óptica, e ciência da informação quântica. Os resultados são publicados em Revisão Física X .

Os padrões de manchas podem ser comparados ao que acontece quando muitas gotas de água caem na superfície de uma poça ao mesmo tempo, resultando em um padrão de onda que rapidamente se torna muito complexo. Os padrões de manchas criados a partir da luz têm uma certa 'memória, 'que os pesquisadores usaram anteriormente para desenvolver um método para visualizar objetos escondidos atrás de uma camada opaca. O método envolve a passagem de luz por uma camada opaca (como uma parede) para criar um padrão de luz pontilhada atrás da camada. Embora dê a impressão de ser completamente aleatório (ver figura 1), o padrão pontilhado contém certas correlações, resultando em uma "memória angular" - isto é, inclinar o feixe de laser incidente na superfície da camada opaca com um pequeno ângulo produz o mesmo padrão de manchas transmitido, mas com uma inclinação angular (ver figura 2). A direção e o ângulo dessa inclinação atrás da camada opaca são iguais à direção e ao ângulo da inclinação na entrada.

Com este novo estudo, no entanto, agora é possível que o padrão de manchas formado na parte de trás possa ser inclinado em qualquer direção desejada, independentemente do ângulo de inclinação e da direção da luz do laser na superfície opaca. O ingrediente principal do novo método é a "matriz de transmissão" da camada opaca, que fornece a relação entre a luz do laser na superfície opaca e a luz do laser que passa por trás dela. Usando a matriz de transmissão determinada experimentalmente, a luz do laser na superfície é formatada espacialmente por meio de um dispositivo conhecido como modulador de luz espacial. Esta luz de formato espacial personaliza o efeito de memória angular, permitindo que a mancha transmitida se comporte conforme desejado.

Anteriormente, acreditava-se que o efeito de memória angular é uma característica física do material opaco. Por esse pensamento, o desempenho dos métodos de imagem usando este efeito de memória seria limitado pelas propriedades físicas do material.

"Em nosso estudo, no entanto, mostramos que essa visão é muito pessimista, "disse o principal autor do estudo, Hasan Yilmaz, professor assistente na Bilkent University, UNAM. "A memória angular das ondas de luz que passam pela camada opaca pode ser modificada independentemente das propriedades físicas do material opaco, controlando a forma da luz incidente. "

É um avanço que abre novas possibilidades para a tecnologia.

"Nosso método tem a característica promissora de que também pode ser usado para diferentes efeitos de memória em outros sistemas complexos, como fibras ópticas e sistemas caóticos, "disse o autor sênior do estudo, Hui Cao, o professor de física aplicada John C. Malone, Professor de Física, e Professor de Engenharia Elétrica.

O Prof. Stefan Rotter, da Universidade de Tecnologia de Viena, na Áustria, observou que os resultados demonstram muito bem o poder de formar ondas de luz espacialmente.

"Além disso, eles também levantam uma série de questões de acompanhamento, como se o efeito de memória no padrão de manchas de saída transmitido também tem consequências interessantes para os campos de luz dentro do meio opaco, " ele disse.

Outra aplicação do novo método é na ciência da informação quântica. Anteriormente, pesquisadores demonstraram que o efeito de memória angular está presente também para a luz quântica por meio de meios de espalhamento. Usando o novo método, correlações angulares quânticas de fótons emaranhados que estão espalhados por um meio complexo podem ser personalizadas. Essa liberdade de modificar correlações quânticas terá aplicações em imagens quânticas e metrologia.