苏黎世联邦理工学院的研究人员开发的像素不仅可以创建图像，还可以分析图像。未来，这可能导致同时作为相机和显示器的设备的发展。这个彩色标志是使用ETH研究人员的新傅里叶像素创建的。在相机上，字母“E”的高度大约为1毫米。（图片：Glauser YM, Vonk SJW等，Nature 2026）简而言之，像素在显示器上创建图像或在相机中捕捉图像。然而，到目前为止，还没有可以同时完成这两项功能的像素。研究人员现在开发了一种新的像素，它可以同时创建和分析图像和模式。未来，这些像素可以用于实现双向相机显示器。1927年，术语“图像元素”，后来缩写为“像素”，首次出现在美国科技杂志《无线世界》中。如今，像素无处不在：在计算机屏幕和电视机中，它们创建多彩的图像；在相机中，它们捕捉图像。无论如何，它们要么控制光（如在显示器中），要么在相机传感器中分析光。到目前为止，还没有可以同时完成这两项功能的像素。由苏黎世联邦理工学院光学材料工程实验室的教授David Norris领导的研究团队首次开发了这种像素。这些像素可以既引导光又分析光。它们不仅可以控制和分析光的强度，还可以控制和分析其振荡相位和偏振。未来，这种所谓的双向像素可能会导致相机显示器的发展，将这两个功能结合在一个设备中。重叠光波的图案和图像 最近在科学期刊《自然》上发表的新成果基于一种基本的物理效应：光波的干涉。当光被表面散射时，来自表面不同点的波会重叠。表面的形状决定了波继续传播时的振荡相位。如果相位相同，则光波相互增强，但如果相位相反，波则相互抵消。诺里斯及其合作者利用这一效应，通过波形雕刻的表面精确控制光。他们几年前已经开发了这种精确到几纳米的处理方法。在引导过程中，像素——也就是芯片上处理过材料的区域——首先将入射光转换为沿芯片表面传播的表面波（所谓的表面等离子体极化子）。在像素内不同位置，表面波作为光波再次从材料中散射出来。通过光波的干涉，可以创建图案和图像。利用数学傅里叶分析，研究人员可以计算出这些图像的外观以及特定图像所需的表面模式。傅里叶像素利用表面波，这些表面波作为光波散射出来。这些光波相互干涉，从而产生图案和图像。相反，同一像素也可以用于分析入射光波的强度、相位和偏振。（图片：Glauser YM, Vonk SJW等，Nature 2026）控制相位和偏振 “除了光的强度，即图像生成的明暗区域，我们的傅里叶像素还可以控制光波的其他特性，例如其偏振，”博士生Yannik Glauser说道。偏振表明光波电场振荡的方向。为了生成具有任意偏振方向的光，他们在傅里叶像素上使用不同偏振的表面波，而这些表面波重叠。散射光的偏振随后取决于像素的表面形状。他们还可以精确控制振荡相位，从而例如创建中间有孔的光束——可以说是甜甜圈形状的光束。所有这一切甚至适用于不同波长的光，因此也可以生成彩色图像。“然而，我们还可以将干涉和傅里叶分析的原理反向应用于傅里叶像素，来分析光，”博士后研究员Sander Vonk说。例如，研究人员可以通过将光波和参考波在像素上叠加，使光的振荡相位可见。他们用相机捕捉两个波的散射光的干涉图案。然后，他们可以从该图案计算出光的相位。以类似的方式，他们也可以分析其偏振状态。多个功能结合在一个像素中 “由于可以使用傅里叶分析确定像素的相关表面轮廓，我们可以...