A gauche :composant holographique fabriqué par broyage ionique avec un faisceau d'ions focalisé d'un film d'or de 150 nanomètres d'épaisseur déposé sur un substrat de verre. Un faisceau laser est partiellement transformé en un faisceau polarisé radialement lorsqu'il traverse le dispositif. Les larges rainures créent le profil d'intensité en forme de beignet, connu sous le nom de vortex, tandis que les rainures nanométriques de sous-longueur d'onde dans l'encart déterminent localement la polarisation radiale, qui est perpendiculaire aux rainures. À droite :la section transversale caractéristique calculée de la poutre ; les flèches bleues indiquent la polarisation radiale. Crédit :Federico Capasso, MER de Harvard
(Phys.org) — Les physiciens appliqués de la Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ont démontré qu'ils peuvent changer l'intensité, phase, et la polarisation des rayons lumineux à l'aide d'un design semblable à un hologramme décoré de structures à l'échelle nanométrique.
Comme preuve de principe, les chercheurs l'ont utilisé pour créer un état de lumière inhabituel appelé faisceau polarisé radialement, ce qui, car il peut être focalisé de manière très précise, est important pour des applications telles que la lithographie haute résolution et pour piéger et manipuler de minuscules particules comme les virus.
C'est la première fois un single, Un dispositif simple a été conçu pour contrôler ces trois propriétés majeures de la lumière à la fois. (La phase décrit comment deux ondes interfèrent pour se renforcer ou s'annuler, selon la façon dont leurs crêtes et creux se chevauchent; la polarisation décrit la direction des vibrations lumineuses; et l'intensité est la luminosité.)
"Notre laboratoire travaille sur l'utilisation des nanotechnologies pour jouer avec la lumière, " dit Patrice Genevet, associé de recherche à Harvard SEAS et co-auteur principal d'un article publié ce mois-ci dans Lettres nano . « Dans cette recherche, nous avons utilisé l'holographie d'une manière nouvelle, incorporant une nanotechnologie de pointe sous la forme de structures sub-longueur d'onde à une échelle de quelques dizaines de nanomètres. » Un nanomètre équivaut à un milliardième de mètre.
Genevet travaille dans le laboratoire de Federico Capasso, Robert L. Wallace, professeur de physique appliquée et chercheur principal Vinton Hayes en génie électrique à Harvard SEAS. Le groupe de recherche de Capasso s'est concentré ces dernières années sur la nanophotonique - la manipulation de la lumière à l'échelle nanométrique - dans le but de créer de nouveaux faisceaux lumineux et effets spéciaux résultant de l'interaction de la lumière avec des matériaux nanostructurés.
En utilisant ces nouveaux hologrammes nanostructurés, les chercheurs de Harvard ont converti le conventionnel, la lumière laser polarisée circulairement en faisceaux polarisés radialement à des longueurs d'onde couvrant le spectre de la lumière visible et proche infrarouge d'importance technologique.
"Quand la lumière est polarisée radialement, ses vibrations électromagnétiques oscillent vers l'intérieur et vers l'extérieur depuis le centre du faisceau comme les rayons d'une roue, " explique Capasso. " Ce faisceau inhabituel se manifeste par un anneau de lumière très intense avec une tache sombre au centre. "
"Il est à noter, " Capasso fait remarquer, "que la même plaque holographique nanostructurée peut être utilisée pour créer une lumière polarisée radialement à autant de longueurs d'onde différentes. La lumière polarisée radialement peut être focalisée beaucoup plus étroitement que la lumière polarisée conventionnellement, permettant ainsi de nombreuses applications potentielles en microscopie et en manipulation de nanoparticules."
Le nouvel appareil ressemble à une grille d'hologramme normale avec un motif nanostructuré gravé dedans. Lumière visible, qui a une longueur d'onde dans les centaines de nanomètres, interagit différemment avec les ouvertures texturées à l'échelle « nano » qu'avec celles à l'échelle du micromètre ou plus. En exploitant ces comportements, l'interface modulaire peut plier la lumière entrante pour ajuster son intensité, phase, et polarisation.
Hologrammes, au-delà d'être un incontournable des univers de science-fiction, trouver de nombreuses applications en sécurité, comme les panneaux holographiques sur les cartes de crédit et les passeports, et de nouvelles méthodes de stockage de données basées sur des hologrammes numériques sont actuellement conçues pour remplacer potentiellement les systèmes actuels. Il est essentiel de parvenir à un contrôle précis de la lumière pour faire progresser ces technologies.
"Maintenant, vous pouvez contrôler tout ce dont vous avez besoin avec une seule interface, " dit Genevet, soulignant que l'effet de polarisation de la nouvelle interface sur la lumière ne pouvait auparavant être obtenu que par une cascade de plusieurs éléments optiques différents. "Nous gagnons un gros avantage en termes d'économie d'espace."
La démonstration de cet hologramme nanostructuré n'est devenue possible que récemment avec le développement de logiciels plus puissants et de technologies de nanofabrication à plus haute résolution.
La conception sous-jacente est plus complexe qu'une simple superposition de nanostructures sur l'hologramme. La phase et la polarisation de la lumière interagissent étroitement, les structures doivent donc être conçues avec les deux résultats à l'esprit, à l'aide d'outils informatiques modernes.
D'autres recherches viseront à fabriquer des hologrammes polarisés plus complexes et à optimiser l'efficacité de sortie de l'appareil.
