Illustrazione di una serie di laser a vortice organici, ciascuno con una diversa spirale e quindi una diversa carica topologica. Credito:Stellinga et al. ©2018 American Chemical Society
I ricercatori hanno sviluppato un nuovo tipo di laser a vortice organico, che è un laser che emette un raggio di luce elicoidale. Nel futuro, schiere in miniatura di questi laser a vortice, ciascuno con una forma a spirale leggermente diversa, può essere utilizzato in applicazioni come schermi TV 3D, microscopia, e come vettori di informazioni per le comunicazioni in luce visibile.
I ricercatori, guidato da Ifor D. W. Samuel all'Università di St. Andrews e Thomas F. Krauss all'Università di York, sia nel Regno Unito, hanno pubblicato un articolo sui laser a vortice organico in un recente numero di ACS Nano .
"Gli array laser sono stati dimostrati in precedenza, ma non con un tale controllo sulla forma del fascio, "Ha detto Krauss Phys.org . "Il nostro approccio ci consente di creare fasci di vortice di carica topologica controllata. Possiamo creare fasci di Airy o fasci di Bessel. Allo stesso modo, metasuperfici che generano tali travi su misura sono state dimostrate in precedenza, ma sono stati elementi passivi, laser non attivi."
In precedenza, i raggi laser a vortice sono stati generati prendendo un laser e utilizzando componenti ottici separati per modellare il raggio, con conseguente grandi travi. I nuovi laser a vortice mostrati qui hanno un mezzo di guadagno nanostrutturato che genera direttamente il raggio di vortice. Ciò significa che può essere ridimensionato in travi in miniatura, che possono poi essere organizzati in un array. La versione miniaturizzata dovrebbe essere molto più utile per le applicazioni pratiche.
Per generare fasci di luce elicoidali, i ricercatori hanno progettato un reticolo ottico costituito da una spirale di Archimede. Quando la luce passa attraverso la grata, emerge come un raggio elicoidale. Controllando le dimensioni della griglia a spirale, è possibile controllare le proprietà del fascio luminoso.
Micrografie SEM di spirali di Archimede con (a) uno, (b) due, e (c) tre braccia. Credito:Stellinga et al. ©2018 American Chemical Society
Il modo principale per farlo è controllare il numero di "braccia" che ha la spirale di Archimede. Il numero di bracci è uguale alla carica topologica del fascio di luce, che è il numero di torsioni che il raggio di luce fa in una lunghezza d'onda. Quindi maggiore è il numero di braccia, più stretta è l'elica del raggio di luce. Qui, i ricercatori hanno dimostrato reticoli a spirale di Archimede con tra zero (nessuna torsione) e tre bracci.
Questo nuovo metodo per generare laser a vortice presenta vantaggi rispetto ai metodi precedenti in quanto i fasci possono essere generati in un unico passaggio e da un singolo elemento ottico (il reticolo). Con questi vantaggi, i ricercatori si aspettano che i risultati apriranno la strada all'implementazione di laser a vortice in una varietà di applicazioni.
"Il mio interesse principale è nei semiconduttori organici, che può essere semplicemente modellato per realizzare dispositivi come questo, " disse Samuele, il cui gruppo ha fornito il materiale di guadagno del semiconduttore organico e ha condotto le misurazioni. "Un obiettivo a lungo termine è realizzare tali laser elettricamente, piuttosto che otticamente, guidato. Un obiettivo a breve termine è quello di utilizzare tali laser per rilevare il vapore esplosivo".
Krauss, il cui gruppo ha progettato le nanostrutture utilizzate nello studio, è particolarmente interessato ai display e alle applicazioni di microscopia.
"Negli schermi, potresti utilizzare i diversi ordini di vortice per multiplexare le informazioni, ad esempio per proiettare più immagini contemporaneamente, " ha detto. "I fasci di vortice sono di interesse per la microscopia, quindi si può immaginare una serie di tali fasci per la microscopia massicciamente parallela".
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