Ce sont des images de laboratoire d'un faisceau lumineux sans lentille à bulle, suivi de trois exemples de lentilles à bulles différentes modifiant la lumière. Crédit :Tony Jun Huang, État de Pennsylvanie
Plier des faisceaux lumineux à votre guise ressemble à un travail de sorcier ou à un ensemble complexe de miroirs volumineux, lentilles et prismes, mais quelques petites bulles de liquide peuvent suffire pour ouvrir les portes de la prochaine génération, circuits et affichages à grande vitesse, selon les chercheurs de Penn State.
Pour combiner la vitesse de la communication optique avec la portabilité des circuits électroniques, les chercheurs utilisent la nanoplasmonique, des appareils qui utilisent des ondes électromagnétiques courtes pour moduler la lumière à l'échelle nanométrique, où les optiques conventionnelles ne fonctionnent pas. Cependant, il est difficile de viser et de focaliser ce faisceau lumineux modulé sur des cibles souhaitées.
"Il existe différents dispositifs à semi-conducteurs à contrôler (faisceaux lumineux), pour les commuter ou les moduler, mais la tenabilité et la reconfigurabilité sont très limitées, " a déclaré Tony Jun Huang, professeur agrégé de sciences de l'ingénieur et de mécanique. "L'utilisation d'une bulle présente de nombreux avantages."
Le principal avantage d'une lentille à bulle est la rapidité et la facilité avec lesquelles les chercheurs peuvent reconfigurer l'emplacement de la bulle, Taille, et la forme, qui affectent tous la direction et la focalisation de tout faisceau lumineux qui le traverse.
L'équipe de Huang a créé des simulations distinctes des faisceaux lumineux et de la lentille à bulle pour prédire leurs comportements et optimiser les conditions avant de combiner les deux en laboratoire. Ils ont publié leurs conclusions dans Communication Nature .
Pour former la lentille bulle, les chercheurs ont utilisé un laser de faible intensité pour chauffer de l'eau sur une surface en or. Le comportement optique de la minuscule bulle reste constant tant que la puissance du laser et la température ambiante restent constantes.
Un faisceau lumineux nanométrique modulé par de courtes ondes électromagnétiques, connu sous le nom de polaritons de plasmon de surface - étiquetés comme faisceau SPP - pénètre dans la lentille de la bulle, officiellement connu sous le nom de lentille plasmofluidique reconfigurable. La bulle contrôle les ondes lumineuses, tandis que la grille fournit une mise au point supplémentaire. Crédit :Tony Jun Huang, État de Pennsylvanie
Le simple fait de déplacer le laser ou d'ajuster la puissance du laser peut changer la façon dont la bulle déviera un faisceau lumineux, soit sous forme de faisceau concentré sur une cible spécifique, soit sous forme d'onde dispersée. Changer le liquide affecte également la réfraction d'un faisceau lumineux.
Les matériaux pour former des lentilles à bulles sont peu coûteux, et les bulles elles-mêmes sont faciles à dissoudre, remplacer et déplacer.
"En plus de sa reconfigurabilité et de sa durabilité sans précédent, notre lentille bulle a au moins un avantage de plus par rapport à ses homologues à semi-conducteurs :sa douceur naturelle, " dit Huang. " Plus la lentille est lisse, la meilleure qualité de la lumière qui la traverse."
Huang pense que la prochaine étape consiste à découvrir comment la forme de la bulle influence la direction du faisceau lumineux et l'emplacement de son point focal. Un contrôle précis de ces faisceaux lumineux permettra d'améliorer les dispositifs biomédicaux sur puce et l'imagerie à super résolution.
"Pour toutes ces applications, vous avez vraiment besoin de contrôler avec précision la lumière à l'échelle nanométrique, et c'est là que ce travail peut être une composante très importante, " dit Huang.
