美借助非线性材料、噪音和光线显现出隐藏物体图像

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据《每日科学》网站4月5日报道，美国普林斯顿大学的两名工程师利用“随机共振”技术，借助非线性材料、噪音和光线揭示出隐藏的物体图像。其可辅助飞行员在浓雾中实现安全飞行，或使医生无需进行手术也可精确了解人体状况。

科研人员表示，通常情况下，噪声常被认为有害，因为噪声的存在降低了信噪比，影响了信号分析过程中对于有用信息的提取。然而，在某些特定的非线性系统中，噪声的存在能够增强微弱信号的检测能力，使远程或模糊的图像变得清晰可见，这就是所谓的随机共振现象。

在此项实验中，电气工程学家杰森·弗莱舍和德米特里·迪洛夫令激光束穿过刻有数字和横线图样的玻璃块，使激光“携带”图样传递至与视频监控器相连的接收器，并将该图样展示出来。随后，研究人员将与透明胶带相似的塑料片放置在玻璃块和接收器之间，利用半透明的塑料片在激光到达接收器前把光打散，使视觉信号仿若烟雾一般，呈现出“混乱”的效果，令人用肉眼难以辨认出数字和横线的混合图样。

实验的关键在于，科学家还在激光束的传播路径中放置了铌酸锶钡（SBN）晶体，其具有优良的非线性光学特性，能以非常规的方式改变光的行为。在这种情况下，非线性晶体可混合图像中的不同部分，使信号和噪声发生交互作用。而通过调整穿过铌酸锶钡晶体的电压，研究人员可使数字横线组合图样清晰地显示在监视器上。这是由于铌酸锶钡晶体能够聚集被半透明塑料片打散的光线，并利用其使模糊的图样逐渐变得清晰。

这就好比在阴暗的环境下拍了一张人像，当把画面中的人物调亮而把背景弱化时，黑暗的背景就会衬得画面中的人物变得清晰可见。经由“随机共振”技术，某种程度的噪声确实能够增强微弱信号的侦测与传送，其已被广泛应用于神经科学和能量收集等领域，但却是首次被应用于成像方面。同时，研究混合了统计物理学和光学等，创造了嘈杂信号穿越非线性材料途径的新理论，为非线性沟通提供了常规的基础。

弗莱舍表示，“随机共振”可广泛改进与信号相关的技术，这其中包括可探测胎儿情况的声波图，以及飞行员在风暴和涡流发生时所需的雷达系统等。下一步，研究人员计划融入其他的信号处理技术，进一步提升成像的清晰程度，并拟以声音或超声波替代光线，将其应用于生物医药成像仪器、夜视镜和水下侦测乃至涉及保密和安全目的的隐写术等。