美借助非線性材料顯現出隱藏物體圖像

據《每日科學》網站4月5日報道，美國普林斯頓大學的兩名工程師利用“隨機共振”技術，借助非線性材料、噪音和光線揭示出隱藏的物體圖像。其可輔助飛行員在濃霧中實現安全飛行，或使醫生無需進行手術也可精確了解人體狀況。
　　科研人員表示，通常情況下，噪聲常被認為有害，因為噪聲的存在降低了信噪比，影響了信號分析過程中對于有用信息的提取。然而，在某些特定的非線性系統中，噪聲的存在能夠增強微弱信號的檢測能力，使遠程或模糊的圖像變得清晰可見，這就是所謂的隨機共振現象。
　　在此項實驗中，電氣工程學家杰森·弗萊舍和德米特里·迪洛夫令激光束穿過刻有數字和橫線圖樣的玻璃塊，使激光“攜帶”圖樣傳遞至與視頻監控器相連的接收器，并將該圖樣展示出來。隨后，研究人員將與透明膠帶相似的塑料片放置在玻璃塊和接收器之間，利用半透明的塑料片在激光到達接收器前把光打散，使視覺信號仿若煙霧一般，呈現出“混亂”的效果，令人用肉眼難以辨認出數字和橫線的混合圖樣。
　　實驗的關鍵在于，科學家還在激光束的傳播路徑中放置了鈮酸鍶鋇（SBN）晶體，其具有優良的非線性光學特性，能以非常規的方式改變光的行為。在這種情況下，非線性晶體可混合圖像中的不同部分，使信號和噪聲發生交互作用。而通過調整穿過鈮酸鍶鋇晶體的電壓，研究人員可使數字橫線組合圖樣清晰地顯示在監視器上。這是由于鈮酸鍶鋇晶體能夠聚集被半透明塑料片打散的光線，并利用其使模糊的圖樣逐漸變得清晰。
　　這就好比在陰暗的環境下拍了一張人像，當把畫面中的人物調亮而把背景弱化時，黑暗的背景就會襯得畫面中的人物變得清晰可見。經由“隨機共振”技術，某種程度的噪聲確實能夠增強微弱信號的偵測與傳送，其已被廣泛應用于神經科學和能量收集等領域，但卻是首次被應用于成像方面。同時，研究混合了統計物理學和光學等，創造了嘈雜信號穿越非線性材料途徑的新理論，為非線性溝通提供了常規的基礎。
　　弗萊舍表示，“隨機共振”可廣泛改進與信號相關的技術，這其中包括可探測胎兒情況的聲波圖，以及飛行員在風暴和渦流發生時所需的雷達系統等。下一步，研究人員計劃融入其他的信號處理技術，進一步提升成像的清晰程度，并擬以聲音或超聲波替代光線，將其應用于生物醫藥成像儀器、夜視鏡和水下偵測乃至涉及保密和安全目的的隱寫術等。