La technologie de détection, qui fait partie intégrante de la surveillance environnementale, de l’acquisition de données et du traitement précis des données, évolue rapidement. Les chercheurs sont à l’avant-garde du développement de capteurs rapides, accessibles et rentables. Parmi ces innovations, les cristaux liquides cholestériques (CLC) présents dans les cristaux photoniques sensibles aux stimuli sont exceptionnellement prometteurs.
Leur structure hélicoïdale unique et leurs propriétés photoniques permettent la production de couleurs structurelles vives et indépendantes de la puissance, ouvrant la voie à des outils d'analyse visuelle avancés. Cependant, un défi important entrave l'application plus large des CLC dans la détection optique :bien qu'ils modifient visiblement la couleur en réponse à des stimuli, l'évaluation précise de ces changements nécessite un équipement spectroscopique coûteux, ce qui limite leur déploiement pratique.
En réponse au besoin croissant d'éléments optiques compacts et plans, les chercheurs ont étudié les phases géométriques de Pancharatnam-Berry, dérivées des interactions spin-orbite de la lumière. Les développements récents incluent l'intégration de la phase géométrique dans la lumière réfléchie via des superstructures hélicoïdales CLC, conduisant à de nouvelles applications photoniques.
Dans l’optique planaire CLC, ce codage de phase modifie le champ lumineux réfléchi sur différentes bandes d’ondes, créant ainsi des motifs visuels distincts. Cette méthode surpasse les techniques traditionnelles de détection de longueur d’onde/fréquence PBG. De plus, l'utilisation de vortex optiques (OV), qui fournissent un moment cinétique orbital (OAM), est devenue essentielle dans l'exploration de la longueur d'onde accordable et de l'OAM dans les faisceaux vortex (VB).
Pour améliorer la visualisation des signaux de détection, une équipe de chercheurs de l'Université de Xiamen et de l'Université de Nanjing en Chine a développé une plate-forme de détection visuelle de polymère à cristaux liquides en phase cholestérique (CLCP) utilisant le codage de phase géométrique.
Cette plate-forme génère de manière unique des signaux de détection basés sur des images via des modèles visuels en temps réel, offrant une alternative plus intuitive et plus lisible aux méthodes conventionnelles basées sur la longueur d'onde/la fréquence. La recherche est publiée dans la revue Light:Science &Applications .
Pour preuve de concept, l'équipe a démontré la détection de l'humidité à l'aide de films CLCP spécialement préparés, composés de monomères de cristaux liquides réactifs, de photoinitiateurs et d'agents chiraux. À mesure que l'humidité augmente, ces films absorbent l'eau, se dilatent et subissent une augmentation de pas, entraînant un décalage vers le rouge d'une bande réfléchissante. Cela confirme la sensibilité élevée à l'humidité du CLCP, sa plage de réponse personnalisable et son excellente réversibilité.
L’équipe a mené une analyse approfondie par réflexion et diffraction de films CLCP sensibles à l’humidité, qui codent pour une seule plaque q, à l’aide d’un système de surveillance à longueur d’onde unique. Ces expériences ont révélé que les films CLCP peuvent traduire efficacement les changements d'humidité ambiante en signaux visuels. Cette découverte souligne leur adéquation aux applications de surveillance en temps réel et à longue portée.
Pour élargir les capacités de surveillance de l'humidité et détecter les tendances, les chercheurs ont introduit deux approches innovantes pour étudier l'interaction entre l'humidité et la lumière réfléchie des films CLCP à codage de phase géométrique (Fig. 3).
La première approche a étendu la plage de surveillance en incorporant un réseau de plaques Q à quatre quadrants sur les films CLCP. En durcissant chaque quadrant aux UV à différentes températures, des plages d'humidité distinctes ont été obtenues, en corrélation avec des VB variables.
La deuxième approche impliquait un système à double longueur d’onde, créant deux VB de longueurs d’onde différentes. Ces VB formaient un motif dynamique en « 8 », composé de deux formes de « beignet », sensibles aux changements d'humidité. Ces méthodes se sont révélées efficaces pour répondre aux limites des matériaux CLCP, permettant la surveillance d'une plage d'humidité plus large et la détection des tendances d'humidité.
Cette étude présente une nouvelle méthode de détection optique CLCP utilisant le codage de phase géométrique, démontrée par des films sensibles à l'humidité codés sur plaque Q. Cette technique permet une détection d'humidité à distance et sans contact, créant ainsi des VB avec des motifs clairs en « beignet ». Il surpasse la détection à cristaux liquides traditionnelle en termes de précision, de rentabilité et de viabilité commerciale.
L’approche est adaptable à différents types de faisceaux, notamment les faisceaux Bessel et Airy, offrant un potentiel de capacités anti-brouillage et de modèles visuels personnalisables. Intégrant l'apprentissage automatique pour la détection basée sur l'image, cette technique promet des avancées significatives dans la technologie des capteurs.
Une intégration future avec la technologie de la fibre optique est prévue, ouvrant la voie à une surveillance environnementale innovante dans les réseaux de communication et d'énergie.
Plus d'informations : Shi-Long Li et al, Cristaux liquides cholestériques codés en phase géométrique et sensibles aux stimuli pour la visualisation de la surveillance à distance en temps réel :détection de l'humidité comme preuve de concept, Lumière :Science et applications (2024). DOI :10.1038/s41377-023-01360-7
Informations sur le journal : La lumière :science et applications
Fourni par l'Académie chinoise des sciences
