Optikforskare från University of Queensland och Nokia Bell Labs i USA har utvecklat en ny teknik för att demonstrera tidsomkastningen av optiska vågor, som skulle kunna förändra områdena avancerad biomedicinsk bildbehandling och telekommunikation.

Tidsomkastning av vågor i fysiken betyder inte att resa tillbaka till framtiden; den beskriver en speciell typ av våg som kan spåra en väg bakåt genom ett föremål, som om du tittade på en film av den resande vågen, spelas omvänt.

UQ:s Dr. Mickael Mounaix och Dr. Joel Carpenter, tillsammans med Dr. Nick Fontaines team på Nokia Bell Labs, är de första att demonstrera den här tidens vändning av optiska vågor, med hjälp av en ny enhet som de utvecklat som tillåter full 3D-kontroll av ljus genom en optisk fiber.

"Föreställ dig att skicka en kort ljuspuls från en liten fläck genom något spridande material, som dimma, " sa Dr Mounaix.

"Ljuset börjar på en enda plats i rymden och vid en enda tidpunkt men sprids när det färdas genom dimman och anländer på andra sidan på många olika platser vid många olika tidpunkter.

"Vi har hittat ett sätt att exakt mäta var allt det spridda ljuset kommer och vid vilka tidpunkter, skapa sedan en "bakåt" version av det ljuset, och skicka tillbaka den genom dimman.

"Denna nya tidsomvända ljusvåg kommer att följa den ursprungliga spridningsprocessen som att titta på en film i omvänd riktning - äntligen anländer till källan precis som den började:en enda position vid en enda tidpunkt."

Dr Carpenter sa att den bakåtvända versionen av ljusstrålen, känd som den omvända tidsvågen, var ett slumpmässigt utseende 3D-objekt, som ett litet ljusmoln.

"För att skapa det lätta molnet, du måste ta en första ljusboll som flyger in i systemet, och skulptera den sedan till den 3D-struktur du vill ha, " sa Dr Carpenter.

"Denna skulpteringen måste ske på tidsskalor av biljondelar av en sekund, så det är för snabbt att skulptera med några rörliga delar eller elektriska signaler – tänk på det som att skjuta en boll av lera i hög hastighet genom en statisk apparat utan rörliga delar, som skär upp bollen, avleder bitarna, och kombinerar sedan delarna för att producera en utgående skulptur, allt när leran flyger igenom utan att någonsin sakta ner farten.

Dr Fontaine sa att det inte fanns någon enhet som helt kunde kontrollera och forma en ljusstråle i 3D innan teamet utvecklade denna teknik.

"Det är mycket viktigt att kontrollera ljusleveransen så exakt som möjligt för många applikationer, allt från avbildning till att fånga föremål med ljus, att skapa mycket intensiva laserstrålar, " sa Dr Fontaine.

Med den nya enheten, forskare kommer att kunna utföra experiment som tidigare var omöjliga, sätta teoretiska begrepp inom många områden på prov.

Denna forskning publicerades i Naturkommunikation .