Queste sono immagini di laboratorio di un raggio di luce senza una lente a bolle, seguito da tre esempi di diverse lenti a bolle che alterano la luce. Credito:Tony Jun Huang, Penn State
Piegare i raggi di luce a tuo piacimento suona come un lavoro per un mago o una complessa serie di specchi ingombranti, lenti e prismi, ma alcune minuscole bolle di liquido potrebbero essere tutto ciò che è necessario per aprire le porte alla prossima generazione, circuiti ad alta velocità e display, secondo i ricercatori della Penn State.
Per combinare la velocità della comunicazione ottica con la portabilità dei circuiti elettronici, i ricercatori usano la nanoplasmonica, dispositivi che utilizzano onde elettromagnetiche corte per modulare la luce su scala nanometrica, dove l'ottica convenzionale non funziona. Però, è difficile puntare e focalizzare questo raggio di luce modulato sui bersagli desiderati.
"Esistono diversi dispositivi a stato solido da controllare (fasci di luce), per commutarli o modularli, ma la sostenibilità e la riconfigurabilità sono molto limitate, " ha detto Tony Jun Huang, professore associato di ingegneria e meccanica. "Usare una bolla ha molti vantaggi."
Il vantaggio principale di una lente a bolle è la rapidità e la facilità con cui i ricercatori possono riconfigurare la posizione della bolla, dimensione, e forma, che influenzano la direzione e la messa a fuoco di qualsiasi raggio di luce che lo attraversa.
Il team di Huang ha creato simulazioni separate dei fasci di luce e della lente a bolle per prevederne i comportamenti e ottimizzare le condizioni prima di combinare i due in laboratorio. Hanno pubblicato i loro risultati in Comunicazioni sulla natura .
Per formare la lente a bolla, i ricercatori hanno utilizzato un laser a bassa intensità per riscaldare l'acqua su una superficie dorata. Il comportamento ottico della minuscola bolla rimane coerente finché la potenza del laser e la temperatura ambientale rimangono costanti.
Un raggio di luce su scala nanometrica modulato da onde elettromagnetiche corte, noti come polaritoni plasmonici di superficie - etichettati come raggio SPP - entrano nella lente a bolle, ufficialmente noto come lente plasmofluidica riconfigurabile. La bolla controlla le onde luminose, mentre il reticolo fornisce ulteriore messa a fuoco. Credito:Tony Jun Huang, Penn State
Il semplice spostamento del laser o la regolazione della potenza del laser può modificare il modo in cui la bolla devierà un raggio di luce, o come raggio concentrato su un bersaglio specifico o come onda dispersa. La modifica del liquido influisce anche sulla rifrazione di un raggio di luce.
I materiali per formare le lenti a bolla sono economici, e le bolle stesse sono facili da sciogliere, sostituire e spostare.
"Oltre alla sua riconfigurabilità e sostenibilità senza precedenti, la nostra lente a bolla ha almeno un vantaggio in più rispetto alle sue controparti a stato solido:la sua naturale levigatezza, " ha detto Huang. "Più liscia è la lente, la migliore qualità della luce che lo attraversa."
Huang crede che il prossimo passo sia scoprire come la forma della bolla influenza la direzione del raggio di luce e la posizione del suo punto focale. Il controllo preciso su questi raggi di luce consentirà miglioramenti per i dispositivi biomedici su chip e l'imaging a super risoluzione.
"Per tutte queste applicazioni, hai davvero bisogno di controllare con precisione la luce in nanoscala, ed è qui che questo lavoro può essere una componente molto importante, " disse Huang.
