Рис. Иллюстрация пространственно структурированного явления самоизображения, известного как эффект Монтгомери. Цветовая палитра соответствует фазовому профилю света, демонстрируя спиральный волновой фронт света с орбитальным угловым моментом, вновь появляющийся по мере распространения. Автор: Джошуа Морнинвег.

Связанное с этим явление, известное как эффект Талбота, происходит, когда узкий луч света проходит через устройство, называемое дифракционной решеткой, на которой вытравлен периодический узор, подобный частоколу. Свет создает идеальное, повторяющееся, равномерно расположенное изображение решетки, хотя линза отсутствует. Однако эффект Талбота имеет ключевое ограничение: он работает только тогда, когда исходный рисунок дифракционной решетки строго периодичен. Кроме того, он имеет тенденцию создавать нежелательные копии рисунка, а также фоновый свет.

В 1960-х годах физик У. Д. Монтгомери выдвинул теорию о том, что самоизображение должно быть возможно практически для любого светового рисунка, а не только для периодического.

Учёные использовали пространственный модулятор света, — программируемый оптический элемент, по своей сути похожий на цифровой проектор, — для тщательной настройки фазы лазерного луча таким образом, чтобы он математически удовлетворял условиям, необходимым для самоизображения. Был создан луч, который расфокусируется по мере удаления от начальной плоскости, вновь фокусируется в резкое пятно на выбранном расстоянии и повторяет этот цикл несколько раз в свободном пространстве.

Было продемонстрировано, что этот эффект работает не только для одного пятна, но и для множества структурированных пучков, включая кольцеобразные, массивы из нескольких пятен и более экзотические формы. 

Это позволит создавать массивы оптических пинцетов на различной глубине, потенциально создавая трехмерные архитектуры квантовых компьютеров, сохраняя при этом чистые и надежные места захвата света. Этот подход также может быть использован в многоплоскостной оптической визуализации биологических образцов.