За редица приложения би било привлекателно да се обединят функциите на дисплея и камерата в едно решение. Това могат да бъдат адаптивна оптика, анализатори на материали, стереоскопични дисплеи и просто компактни AR/VR-очила, които не се нуждаят от отделна камера. На практика, ще разполагаме или със светлочувствителен пиксел в камерата, или със светлоизлъчващ – в дисплея. За щастие, учени от Швейцария са изобретили нов пиксел, притежаващ едновременно всички тези свойства.
За разработката съобщиха изследователи от Швейцарския федерален технологичен институт (ETH Zurich). Те представиха нов тип оптичен пиксел, който може да работи в две посоки: като елемент на дисплея, формиращ светлина и като сензор, анализиращ падащото върху него излъчване. Те нарекоха своя пиксел „Fourier pixel“ – „пиксел на Фурие“.За разлика от обичайните пиксели на камерите и екраните, които обикновено или регистрират интензивността на светлината, или я излъчват, новата структура е способна да управлява и отчита едновременно няколко параметъра на електромагнитната вълна: амплитуда, фаза и поляризация. Това не само проправя пътя към устройства, при които камерата и дисплеят могат да бъдат обединени на нивото на един и същ масив от пиксели, но също така позволява да се извлича от светлината огромно количество ценна информация.
Принципът на работа на пиксела на Фурие се основава на повърхностни плазмон-поляритони – кохерентни вълни, които се разпространяват по металната повърхност. Цялата магия на процеса се основава на сравнително простата математика на Фурие-преобразуванията. Благодарение на тази математика е възможно предварително да се изчисли релефът на повърхността на пиксела, по който ще „преминават“ електромагнитните вълни на плазмон-поляритонните взаимодействия. В зависимост от релефа електромагнитните вълни ще взаимодействат помежду си (ще интерферират), ще излъчват или ще реагират на падащата светлина – и всичко това строго в рамките на допустимото. Нещо повече, релефът може да служи като своеобразен изчислител, извършващ определени математически операции върху вълните просто благодарение на естествените физични процеси, свързани с поведението на вълните.
В общия случай падащата върху пиксел Фурие светлина първо възбужда такава повърхностна вълна, след което тя достига до специално оформен „елемент на Фурие“ – микроструктура с вълнообразен профил, изчислена чрез методите на Фурие-анализа. Тази структура разсейва повърхностната вълна обратно в свободното пространство, но вече с зададено разпределение на амплитудата и фазата. По същество формата на повърхността играе ролята на миниатюрен дифракционен процесор: необходимият оптичен фронт се изчислява чрез обратно Фурие преобразуване. Самият релеф се изработва предварително на ниво пиксел с нанометрова точност, което днес не представлява никакъв проблем.
Благодарение на своите физически характеристики, пикселите на Фурие са способни да анализират всички съставни части на светлината, включително поляризацията (те просто реагират на нея по предварително зададен начин), амплитудата и фазата. Те също така са способни да излъчват светлина, като отчитат тези параметри, причем с зададена дължина на вълната с желания цвят. Подобни възможности позволяват да се създаде светлина във формата на поничка с дупка в средата, просто чрез управление на фазата и поляризацията на излъчваната светлина.
Матриците от Фурие-пиксели ще могат едновременно да показват цветна картина и да анализират материалите въз основа на разсеяната от тях светлина, да създават триизмерно изображение в пространството, както холографските дисплеи в „Междузвездни войни“, да адаптират фокусното разстояние на микроскопите и телескопите в зависимост от наблюдаваните обекти и да компенсират турбулентността на атмосферата. И накрая, подобни възможности биха били търсени в телекомуникациите, както и в оптичните и квантовите изчисления.