Les chercheurs ont développé un nouveau type de laser vortex organique, qui est un laser qui émet un faisceau de lumière hélicoïdal. À l'avenir, des réseaux miniatures de ces lasers vortex, chacun avec une forme de spirale légèrement différente, peut être utilisé dans des applications telles que les écrans de télévision 3D, microscopie, et comme supports d'information pour les communications en lumière visible.

Les chercheurs, dirigé par Ifor D. W. Samuel à l'Université de St. Andrews et Thomas F. Krauss à l'Université de York, à la fois au Royaume-Uni, ont publié un article sur les lasers à vortex organiques dans un récent numéro de ACS Nano .

« Les réseaux laser ont déjà été démontrés, mais pas avec un tel contrôle sur la forme du faisceau, " Krauss a dit Phys.org . "Notre approche nous permet de réaliser des faisceaux vortex de charge topologique contrôlée. Nous pouvons réaliser des faisceaux d'Airy ou des faisceaux de Bessel. De même, les métasurfaces qui génèrent de tels faisceaux sur mesure ont déjà été démontrées, mais ils ont été des éléments passifs, pas de lasers actifs."

Précédemment, des faisceaux laser vortex ont été générés en prenant un laser et en utilisant des composants optiques séparés pour façonner le faisceau, résultant en de gros faisceaux. Les nouveaux lasers vortex présentés ici ont un milieu de gain nanostructuré qui génère directement le faisceau vortex. Cela signifie qu'il peut être réduit en faisceaux miniatures, qui peut ensuite être arrangé dans un tableau. La version miniaturisée devrait être beaucoup plus utile pour des applications pratiques.

Afin de générer des faisceaux lumineux hélicoïdaux, les chercheurs ont conçu un réseau optique constitué d'une spirale d'Archimède. Lorsque la lumière traverse la grille, il émerge comme une poutre hélicoïdale. En contrôlant les dimensions de la grille spirale, il est possible de contrôler les propriétés du faisceau lumineux.

La principale façon de le faire est de contrôler le nombre de "bras" que possède la spirale d'Archimède. Le nombre de bras est égal à la charge topologique du faisceau lumineux, qui est le nombre de torsions que fait le faisceau lumineux dans une longueur d'onde. Donc plus le nombre de bras est grand, plus l'hélice du faisceau lumineux est serrée. Ici, les chercheurs ont démontré des grilles en spirale d'Archimède avec entre zéro (pas de torsion) et trois bras.

Cette nouvelle méthode de génération de lasers vortex présente des avantages par rapport aux méthodes précédentes dans la mesure où les faisceaux peuvent être générés en une seule étape et par un seul élément optique (le réseau). Avec ces avantages, les chercheurs s'attendent à ce que les résultats ouvrent la voie à la mise en œuvre de lasers vortex dans une variété d'applications.

"Mon intérêt principal est dans les semi-conducteurs organiques, qui peut être simplement modelé pour fabriquer des appareils comme celui-ci, " dit Samuel, dont le groupe a fourni le matériau de gain semi-conducteur organique et a effectué les mesures. "Un objectif à long terme est de fabriquer de tels lasers électriquement, plutôt qu'optiquement, conduit. Un objectif à plus court terme est d'utiliser de tels lasers pour détecter les vapeurs explosives."

Krauss, dont le groupe a conçu les nanostructures utilisées dans l'étude, s'intéresse particulièrement aux affichages et aux applications de microscopie.

« Dans les affichages, vous pouvez utiliser les différents ordres de vortex pour multiplexer les informations, par exemple, pour projeter plusieurs images à la fois, " dit-il. " Les faisceaux vortex sont intéressants en microscopie, on peut donc imaginer un réseau de tels faisceaux pour la microscopie massivement parallèle."

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