(Phys.org) — I fisici applicati della Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hanno dimostrato di poter modificare l'intensità, fase, e la polarizzazione dei raggi luminosi utilizzando un design simile a un ologramma decorato con strutture su nanoscala.

Come prova di principio, i ricercatori lo hanno usato per creare uno stato di luce insolito chiamato raggio polarizzato radialmente, che, poiché può essere focalizzato molto strettamente, è importante per applicazioni come la litografia ad alta risoluzione e per intrappolare e manipolare minuscole particelle come i virus.

Questa è la prima volta che un singolo, semplice dispositivo è stato progettato per controllare queste tre principali proprietà della luce contemporaneamente. (La fase descrive come due onde interferiscono per rafforzarsi o annullarsi a vicenda, a seconda di come le loro creste e avvallamenti si sovrappongono; la polarizzazione descrive la direzione delle vibrazioni luminose; e l'intensità è la luminosità.)

"Il nostro laboratorio lavora sull'utilizzo della nanotecnologia per giocare con la luce, "dice Patrice Genevet, ricercatore associato all'Harvard SEAS e co-autore di un articolo pubblicato questo mese su Nano lettere . "In questa ricerca, abbiamo usato l'olografia in un modo nuovo, incorporando la nanotecnologia all'avanguardia sotto forma di strutture di lunghezza d'onda su una scala di appena decine di nanometri." Un nanometro equivale a un miliardesimo di metro.

Genevet lavora nel laboratorio di Federico Capasso, Robert L. Wallace Professore di Fisica Applicata e Vinton Hayes Senior Research Fellow in Ingegneria Elettrica presso la Harvard SEAS. Il gruppo di ricerca di Capasso negli ultimi anni si è concentrato sulla nanofotonica, la manipolazione della luce su scala nanometrica, con l'obiettivo di creare nuovi fasci di luce ed effetti speciali che derivano dall'interazione della luce con materiali nanostrutturati.

Utilizzando questi nuovi ologrammi nanostrutturati, i ricercatori di Harvard hanno convertito convenzionale, luce laser polarizzata circolarmente in fasci polarizzati radialmente a lunghezze d'onda che abbracciano lo spettro di luce visibile e vicino all'infrarosso tecnologicamente importante.

"Quando la luce è polarizzata radialmente, le sue vibrazioni elettromagnetiche oscillano verso l'interno e verso l'esterno dal centro del raggio come i raggi di una ruota, " spiega Capasso. "Questo raggio insolito si manifesta come un anello di luce molto intenso con una macchia scura al centro".

"È degno di nota, " fa notare Capasso, "che la stessa lastra olografica nanostrutturata può essere utilizzata per creare luce polarizzata radialmente a così tante lunghezze d'onda diverse. La luce polarizzata radialmente può essere focalizzata molto più strettamente della luce polarizzata convenzionalmente, consentendo così molte potenziali applicazioni nella microscopia e nella manipolazione delle nanoparticelle".

Il nuovo dispositivo assomiglia a un normale reticolo olografico con un ulteriore, modello nanostrutturato scolpito al suo interno. Luce visibile, che ha una lunghezza d'onda di centinaia di nanometri, interagisce in modo diverso con le aperture strutturate sulla scala "nano" rispetto a quelle sulla scala dei micrometri o più grandi. Sfruttando questi comportamenti, l'interfaccia modulare può piegare la luce in ingresso per regolarne l'intensità, fase, e polarizzazione.

ologrammi, oltre ad essere un caposaldo degli universi di fantascienza, trova molte applicazioni in sicurezza, come i pannelli olografici su carte di credito e passaporti, e nuovi metodi di archiviazione dei dati basati su ologrammi digitali sono attualmente in fase di progettazione per sostituire potenzialmente i sistemi attuali. Ottenere un controllo preciso della luce è fondamentale per far progredire queste tecnologie.

"Ora, puoi controllare tutto ciò di cui hai bisogno con una sola interfaccia, "dice Genevet, sottolineando che l'effetto di polarizzazione che la nuova interfaccia ha sulla luce poteva essere precedentemente ottenuto solo da una cascata di diversi elementi ottici diversi. "Stiamo ottenendo un grande vantaggio in termini di risparmio di spazio."

La dimostrazione di questo ologramma nanostrutturato è diventata possibile solo di recente con lo sviluppo di software più potenti e tecnologie di nanofabbricazione a risoluzione più elevata.

Il design sottostante è più complesso di una semplice sovrapposizione di nanostrutture sull'ologramma. La fase e la polarizzazione della luce interagiscono strettamente, quindi le strutture devono essere progettate con entrambi i risultati in mente, utilizzando moderni strumenti di calcolo.

Ulteriori ricerche mireranno a realizzare ologrammi polarizzati più complessi e ad ottimizzare l'efficienza di uscita del dispositivo.