北京
苏黎世联邦理工学院的桑德·冯克摆弄着一块布满微雕图案的芯片。一束光扫过去，并没有直接穿过，而是变成沿表面滑行的表面波，转个弯又散射成彩色光线。他和同事把这种设计叫作傅里叶像素，相关论文发表在《自然》杂志上。它的特别之处在于：一个像素既能控制光（像你面前的屏幕），又能分析光（像手机背后的摄像头）。
传统像素分工明确。显示器里的液晶或OLED负责把电信号变成色彩，传感器上的光电二极管负责把光子变成电子。傅里叶像素则拐了个弯——它用到了光波干涉这个基本物理效应。光被像素表面精细的微结构散射时，相邻点的波会互相叠加或抵消，就像两列水波相遇。波峰与波峰叠加明亮增强，波峰与波谷相遇直接拉黑。冯克团队通过雕刻出特定轮廓的表面，预先安排好哪里增强哪里抵消。这样一来，同一个结构既能按需射出特定颜色的光（显示），也能读取入射光的特征（拍摄）。
怎么设计这些微雕图案？答案藏在名字里。他们借助傅里叶分析，一种把复杂波动分解成简单正弦波组合的数学方法。用冯克的话说，“由于像素的表面轮廓可以通过傅里叶分析来确定，我们能够在单个像素上同时控制和分析振幅、相位以及偏振。”而且他特别指出，傅里叶分析“本身数学上很简单，不需要复杂的模型”。换句话说，没有喂给AI一堆训练数据去猜，靠的是两百年前那位法国数学家留下的算法。
每一个傅里叶像素都先把入射光转成沿芯片表面跑的表面波，在像素内另一处位置再将这些表面波重新散射成光波。散射出的光波互相干涉，生成彩色图像。正因为这样，雕刻图案的精度直接决定了像素能多精准地同时调控光的三个关键属性：振幅（亮度强弱）、相位（波峰位置）、偏振（振动方向）。同一块微米级小方格上打包了摄像头和显示屏的原始能力，而设计图案所需的数学工具又意外地不复杂。
冯克和同事现阶段的打算还不至于一步登天。他们准备先把傅里叶像素铺成一个矩阵，做出更复杂的相机显示合体设备。用合著者、材料工程师大卫·诺里斯的话说，“我们这种用于控制和分析的新像素，可能成为许多领域的有用工具。”更远的画面里，或许某天你的笔记本电脑屏幕不用借助额外摄像头就能直接拍张证件照。当然，现在离买到两用屏幕还有距离。干涉光路对震动、温度敏感，想要稳定量产还得下不少功夫。但把老派物理原理嫁接到像素架构上的这条思路，至少让屏幕和传感器之间那条界限开始模糊了。
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