Distribuzioni della forza della radiazione ottica per un raggio a 4, 6 raggi e gaussiano. La polarizzazione è indicata sulle immagini:(a–f) polarizzata circolare destrorsa, (g–i) polarizzata circolare mancina e (j–l) polarizzata linearmente. Nella simulazione, \(5{\chi }_{i}\) (invece di \({\chi }_{i}\)) viene applicato in (d–i) per migliorare la visibilità della coppia azimutale. Credito:Rapporti scientifici (2022). DOI:10.1038/s41598-022-18615-9
Scienziati giapponesi hanno impiegato calcoli teorici per modellare la distribuzione della forza della radiazione ottica indotta da un pattern di luce arbitrario che include un pattern di interferenza. Sulla base delle simulazioni, sono stati in grado di fabbricare strutture di dimensioni nanometriche in array che potrebbero portare a nuovi dispositivi ottici, come i sensori di chiralità.
La capacità di manipolare oggetti fisici, come i veicoli spaziali, con fasci di luce è stata un punto fermo dei romanzi di fantascienza e dei programmi televisivi. Tuttavia, a causa della sua utilità nella fabbricazione e nella gestione di dispositivi nanotecnologici, gli scienziati hanno lavorato per renderlo una realtà, anche se su scale molto più piccole. Le strutture dell'array ottico possono essere formate da più impulsi laser, ma la riproducibilità si deteriora in base alle fluttuazioni nel posizionamento e nella potenza del laser. È necessario un metodo più affidabile per creare qualsiasi modello piccolo desiderato.
Ora, un team di ricercatori dell'Istituto di ingegneria laser dell'Università di Osaka ha mostrato che la distribuzione della forza della radiazione ottica indotta da schemi di interferenza creati da più laser sparati contemporaneamente può essere calcolata utilizzando simulazioni al computer. Ciò consente di produrre accuratamente strutture coerenti riproducibili a livello di lunghezza d'onda. Sotto le strutture luminose, la pressione della radiazione ottica è stata calcolata utilizzando un sistema di coordinate cilindrico, ma ricostruendo il codice di simulazione utilizzando un sistema di coordinate cartesiane, il team è stato in grado di gestire qualsiasi data distribuzione dell'intensità luminosa.
"Ora è possibile simulare la distribuzione della pressione della radiazione ottica in un dielettrico irradiato con un pattern di intensità luminosa arbitrario", afferma Yoshiki Nakata, primo autore dello studio pubblicato su Scientific Reports .
A titolo illustrativo, è stata simulata la distribuzione della forza della radiazione ottica per la fabbricazione di un dispositivo con caratteristiche chirali o elicoidali. Una struttura chirale può essere formata dalla forza di radiazione ottica indotta utilizzando luce polarizzata circolarmente. Queste strutture dovrebbero essere utilizzate per dispositivi di controllo della luce e dispositivi di rilevamento della chiralità molecolare. In questo caso, un elemento ottico diffrattivo divide un singolo laser polarizzato circolarmente in quattro o sei fasci coerenti, che quindi interferiscono tra loro per produrre il modello finale.
Sono state effettuate simulazioni della distribuzione della forza della radiazione ottica creata dal pattern di interferenza per chiarire le condizioni per la formazione di strutture chirali in array. "Coerentemente con i nostri calcoli teorici, un pattern di interferenza a 6 raggi potrebbe creare strutture chirali, ma un pattern di interferenza a 4 raggi non potrebbe", afferma l'autore Yuki Kosaka.
Oltre alle strutture chirali prodotte in questo modo, modelli di interferenza simili potrebbero essere utilizzati anche per la creazione di altre strutture nanoperiodiche bidimensionali o tridimensionali. + Esplora ulteriormente
