Современные технологии визуализации позволяют высокочувствительным камерам обнаруживать даже самые слабые проблески света. К сожалению, высокочувствительное оптическое оборудование также очень подвержено повреждениям.
Сильные световые лучи подавляют устройства, предназначенные для обнаружения одиночных фотонов.Современное оборудование нуждается в новейшей защите, и инженер-электрик из Университета Висконсин-Мэдисон стремится обеспечить эту защиту с помощью оптических «ограничителей», разработанных при поддержке Программы молодых исследователей Управления военно-морских исследований США. Михаил Кац, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники, является одним из 47 многообещающих исследователей, отобранных для получения 510 000 долларов в течение следующих трех лет на разработку решений, казалось бы, неразрешимых современных проблем.Вот одна проблема: по мере того, как искусственные глаза становятся более восприимчивыми, мощные источники света проникают во все больше пространств по всему миру.
Даже обычные лазерные указки могут поджечь оптику чувствительных фотоаппаратов.Оптические ограничители могут затенять эти глаза.
Подобно линзам очков, которые темнеют только на солнце, оптические ограничители могут становиться непрозрачными по требованию, чтобы блокировать интенсивные лучи.«Оптические ограничители — это, по сути, окна, которые прозрачны при малых мощностях, но становятся непрозрачными при высокой интенсивности света», — говорит Кац. «После того, как свет погаснет, они вернутся в нормальное состояние».Однако существующие технологии оптических ограничителей не работают. Некоторые переключают состояния слишком медленно, или полагаются на электронику, или дают сбой при особенно мощных ударах.
Кроме того, большинство устройств на рынке поглощают энергию падающего света, который нагревает их и может вызвать повреждение.
Но устройства, которые направляют входящие лучи обратно на источник, а не принимают энергию, гораздо менее подвержены перегрузке.«Важной целью нашей работы является создание оптических ограничителей, которые переходят от прозрачного к отражающему, а не от прозрачного к поглощающему», — говорит Катс.Катс планирует использовать особый класс материалов, которые могут быстро переключаться с прозрачных на непрозрачные благодаря свойству, называемому фазовыми переходами. И поскольку этот переход является внутренним свойством самого материала, не требуется никаких сложных схем или внешних источников питания для управления переходом от прозрачного к облачному.
Катс и его ученики уже разработали способ настройки точек перехода этих материалов. Теперь они намерены развивать этот опыт, создавая специальные поверхности с дизайнерскими свойствами для использования материалов в оптических ограничителях, которые защищают свет во многих диапазонах длин волн.Кроме того, Катс надеется разработать двусторонние версии устройств, которые он называет оптическими диодами, которые позволяют свету выходить из устройства, но предотвращают проникновение интенсивных входящих лучей. Оптические диоды могут защитить чувствительные геодезические технологии, такие как LIDAR, которые излучают очень мощные лазеры, а затем собирают слабые отраженные сигналы для измерения окружающей среды.
Пока что Кац и его ученики выполнили предварительное моделирование, чтобы подтвердить концепцию. Их следующий шаг — создание прототипа.
«Это последний шаг экспериментальной науки: проверить, работает ли она», — говорит Кац. «Мы собираемся сделать эти штуки и взорвать их лазерами в реальном мире, имея реальные проблемы с отводом тепла, и посмотрим, что произойдет».