Zephyrnet-logo

Nieuw type meta-oppervlak maakt ongekende lasercontrole mogelijk

Datum:

Het vermogen om de verschillende eigenschappen van laserlicht nauwkeurig te regelen, is van cruciaal belang voor veel van de technologie die we tegenwoordig gebruiken, van commerciële virtual reality-headsets (VR) tot microscopische beeldvorming voor biomedisch onderzoek. Veel van de huidige lasersystemen zijn afhankelijk van afzonderlijke, roterende componenten om de golflengte, vorm en kracht van een laserstraal te regelen, waardoor deze apparaten omvangrijk en moeilijk te onderhouden zijn.

Nu hebben onderzoekers van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences één enkel meta-oppervlak ontwikkeld dat de verschillende eigenschappen van laserlicht, inclusief golflengte, effectief kan afstemmen zonder dat er extra optische componenten nodig zijn. Het meta-oppervlak kan licht opsplitsen in meerdere bundels en hun vorm en intensiteit op een onafhankelijke, nauwkeurige en energiezuinige manier regelen.

Het onderzoek opent de deur voor lichtgewicht en efficiënte optische systemen voor een scala aan toepassingen, van kwantumdetectie tot VR/AR-headsets.

"Onze aanpak maakt de weg vrij voor nieuwe methoden om de emissie van optische bronnen te construeren en meerdere functies, zoals focussering, hologrammen, polarisatie en bundelvorming, parallel in één enkel meta-oppervlak te regelen", aldus Federico Capasso, de Robert L. Wallace Professor of Applied Physics en Vinton Hayes Senior Research Fellow in Electrical Engineering bij SEAS en senior auteur van het artikel.

Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in Nature Communications.

De afstembare laser heeft slechts twee componenten: een laserdiode en een reflecterend meta-oppervlak. In tegenstelling tot eerdere meta-oppervlakken, die vertrouwden op een netwerk van individuele pilaren om licht te beheersen, gebruikt dit oppervlak zogenaamde supercellen, groepen pilaren die samenwerken om verschillende aspecten van licht te beheersen.

Wanneer het licht van de diode de supercellen op het meta-oppervlak raakt, wordt een deel van het licht teruggekaatst, waardoor een laserholte ontstaat tussen de diode en het meta-oppervlak. Het andere deel van het licht wordt gereflecteerd in een tweede straal die onafhankelijk is van de eerste.

"Wanneer licht het meta-oppervlak raakt, worden verschillende kleuren in verschillende richtingen afgebogen", zegt Christina Spägele, een afgestudeerde student aan SEAS en eerste auteur van het artikel. "We zijn erin geslaagd om dit effect te benutten en het zo te ontwerpen dat alleen de golflengte die we hebben geselecteerd de juiste richting heeft om terug in de diode te komen, waardoor de laser alleen op die specifieke golflengte kan werken."

Om de golflengte te veranderen, verplaatsen de onderzoekers eenvoudig het meta-oppervlak ten opzichte van de laserdiode.

"Het ontwerp is compacter en eenvoudiger dan bestaande lasers met instelbare golflengte, omdat er geen roterende componenten voor nodig zijn", zegt Michele Tamagnone, voormalig postdoctoraal onderzoeker bij SEAS en co-auteur van het artikel.

De onderzoekers toonden ook aan dat de vorm van de laserstraal volledig kan worden gecontroleerd om een ​​complex hologram te projecteren - in dit geval het complexe, eeuwenoude Harvard-schild. Het team toonde ook het vermogen aan om het invallende licht te splitsen in drie onafhankelijke stralen, elk met verschillende eigenschappen: een conventionele straal, een optische vortex en een straal die bekend staat als een Bessel-straal, die eruitziet als een roos en in veel toepassingen wordt gebruikt, waaronder optische pincet.

"Naast het besturen van elk type laser, zal dit vermogen om meerdere stralen parallel te genereren en onder willekeurige hoeken te richten, elk met een andere functie, vele toepassingen mogelijk maken, van wetenschappelijke instrumenten tot augmented of virtual reality en holografie", aldus Capasso.

###

Het onderzoek was co-auteur van Dmitry Kazakov, Marcus Ossiander en Marco Piccardo. Het werd gedeeltelijk ondersteund door de Air Force Office of Scientific Research-beurs FA95550-19-1-0135 en de Office of Naval Research MURI-beursnr. N00014-20-1-2450.

https: //www.zeeën.Harvard.edu /nieuws/2021 /06 /nieuw-type-metasurface-laat-ongekende-laser-controle toe

PlatoAi. Web3 opnieuw uitgevonden. Gegevensintelligentie versterkt.

Klik hier om toegang te krijgen.

Bron: https://bioengineer.org/new-type-of-metasurface-allows-unprecedented-laser-control/

spot_img

Laatste intelligentie

spot_img