Пиксели Фурье работают как приёмник и генератор световых полей

Мы привыкли, что пиксели на мониторе и в матрице фотоаппарата — это разные устройства. Одни работают как сенсоры, регистрируя энергию фотонов в ПЗС- или КМОП-матрице камеры. А другие излучают свет, как в RGB-решётке монитора.

Однако учёные из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) разработали принципиально новые пиксели Фурье, которые работают одновременно и как приёмник, и как излучатель света. С такими пикселями, например, компьютерный монитор «видит» всё перед собой.

Мониторы/экраны, которые одновременно являются камерами — это один из вариантов применения пикселей Фурье.

Пиксели будущего

Пиксели Фурье могут генерировать и воспринимать произвольные световые поля. Они манипулируют интенсивностью, фазой и поляризацией световых волн.

Как видно на фотографиях со сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), поверхность пикселя покрыта точно спроектированной волнистой микроструктурой. Это компактный оптический элемент, полностью контролирующий свет по всей площади.

Обычные пиксели в современных гаджетах работают только с одним свойством света — интенсивностью. Они или измеряют интенсивность света, либо излучают свет заданной интенсивности. Но в последние годы исследователи изучают способы манипулирования различными свойствами света. Это технологии следующего поколения. Например, в 2026 году компания Microsoft опубликовала научную работу об оптическом хранилище Silica, где фемтосекундный лазер записывает терабайты данных в виде фазовых вокселей в прозрачной боросиликатной пластинке толщиной 2 мм с плотностью информации 1,59 Гбит/мм³.

«По мере совершенствования оптических технологий, будь то дисплеи, сенсоры, системы связи или формирование изображений, нам понадобятся устройства, способные справляться со всей сложностью света», — говорят авторы научной работы из ETH Zurich. Пиксели Фурье с двусторонним контролем световых волн — шаг в этом направлении.

Пиксели основаны на нескольких основных явлениях оптической физики и названы в честь математика Жозефа Фурье, который разработал лежащие в основе математические принципы. В своей первой работе 2020 года исследователи описали технику создания микрорельефов, заданных как сумма пространственных гармоник, то есть через разложение поверхности в ряд Фурье.

Это было ключевое изобретение. Оно показало, что существует способ взаимодействия точно спроектированных поверхностей с различными свойствами света. Теперь исследователи развили эту идею. В частности, они проверили, можно ли преобразовать эти рассеянные световые волны в направленные — и создали оптический шаблон, который несёт соответствующую информацию.

В такой схеме пиксель может как генерировать, так и измерять параметры света (амплитуду, фазу и поляризацию), чтобы представлять изображения или информацию. Более того, математическая модель проектирования пикселей сравнительно проста, что делает их «гибкими и удобными для потенциальных приложений», говорят изобретатели.

Согласно пресс-релизу ETH Zurich, на основе пикселей Фурье можно разработать дисплеи-камеры, в которых каждый элемент работает как сенсор и излучатель. Впрочем, это лишь в далёком будущем, потому что на сегодняшний день исследователям удалось изготовить только крошечные массивы пикселей Фурье экспериментальной конструкции:

Но это шаг в новом направлении. В теории пиксели Фурье могут быть полезны при разработке «адаптивной оптики, голографических дисплеев, дополненной реальности, оптической связи или устройств, которые активно корректируют выходной световой сигнал на основе d[jlyjuj».

Да и в целом применение математического аппарата для генерации световых волн в этой работе выглядит очень элегантно.

Научная статья «Пиксели Фурье для двустороннего управления светом» опубликована 24 июня 2026 года в журнале Nature (DOI: 10.1038/s41586-026-10681-7). Предыдущая работа «Оптические поверхности Фурье» датируется 24 июня 2020 года, в том же журнале Nature (DOI: 10.1038/s41586-020-2390-x).