Un nuevo tipo de superficie superficial permite un control láser sin precedentes

La capacidad de controlar con precisión las diferentes propiedades de la luz láser es fundamental para muchas de las tecnologías que utilizamos en la actualidad, desde los cascos comerciales de realidad virtual (VR) hasta las imágenes microscópicas para la investigación biomédica. Hoy en día, muchos sistemas láser dependen de componentes giratorios separados para controlar la longitud de onda, la forma y la potencia del rayo láser, lo que hace que estos dispositivos sean voluminosos y difíciles de mantener.

Ahora, los investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard han desarrollado una metasuperficie Puede ajustar las diversas características de láser Luz, incluida su longitud de onda, sin necesidad de componentes ópticos adicionales. La línea aérea puede dividir la luz en múltiples rayos y controlar su forma e intensidad de una manera independiente, precisa y que ahorra energía.

La investigación abre la puerta a sistemas ópticos ligeros y eficientes para una variedad de aplicaciones, desde detección cuántica hasta auriculares VR / AR.

«Nuestro enfoque allana el camino para nuevos enfoques para diseñar la emisión de fuentes de luz y controlar múltiples funciones, como el enfoque, los hologramas, la polarización y la formación de haces, en paralelo en una sola meta-superficie», dijo Federico Capasso, Robert L. Wallace. Profesor de Física Aplicada e investigador principal Fenton Hayes en Ingeniería Eléctrica en SEAS y autor principal de investigación.

La investigación fue publicada recientemente en Conexiones con la naturaleza.

El láser sintonizable tiene solo dos componentes: A diodo láser Superficie súper reflectante. A diferencia de las supercélulas anteriores, que dependían de una red de pilares individuales para controlar la luz, esta superficie utiliza las llamadas supercélulas, que son grupos de pilares que trabajan juntos para controlar diferentes aspectos de la luz.

Cuando la luz del diodo incide en la supercélula de la superestructura, parte de la luz se refleja, creando una cavidad láser entre el diodo y el sobrenadante. La otra parte de la luz se refleja en un segundo haz independiente del primero.

«Cuando la luz golpea la superficie superficial, los diferentes colores se desvían en diferentes direcciones», dijo Kristina Spagel, estudiante de posgrado de SEAS y primera autora del artículo de investigación. «Pudimos aprovechar este efecto y diseñarlo de modo que la longitud de onda que elegimos tenga la dirección correcta para volver a entrar en el diodo, lo que permite que el láser solo opere a esa longitud de onda específica».

Para cambiar la longitud de onda, los investigadores simplemente mueven la superficie de penetración con respecto al diodo láser.

«El diseño es más compacto y más simple que los láseres sintonizables de longitud de onda actuales, porque no requiere ningún componente giratorio», dijo Michel Tamagnon, ex becario postdoctoral en SEAS y coautor del artículo de investigación.

Los investigadores también demostraron que la forma del rayo láser se puede controlar por completo para proyectar un holograma complejo, en este caso, el complejo escudo de Harvard centenario. El equipo también mostró la capacidad de dividir el accidente. Luz en tres haces independientes, cada uno con características diferentes: un haz convencional, un vórtice óptico y un haz conocido como Bessel paquete, que es similar a la diana y se utiliza en muchas aplicaciones, incluido el desplumado óptico.

“Además de controlar cualquier tipo de láser, esta capacidad de generar múltiples haces en paralelo y dirigidos en ángulos aleatorios, cada uno realizando una función diferente, permitirá muchas aplicaciones desde instrumentos científicos hasta realidad aumentada o virtual e imágenes holográficas”, dijo Capasso.