No hay nada nuevo bajo el sol, excepto tal vez la luz misma.
En la última década, los físicos aplicados han desarrollado materiales nanoestructurados que pueden producir estados de luz completamente nuevos que exhiben un comportamiento extraño, como doblarse en espiral, sacacorchos y dividirse como un tenedor.
Estos llamados haces estructurados no solo pueden decirle mucho a los científicos sobre la física de la luz, sino que tienen una amplia gama de aplicaciones, desde imágenes de súper resolución hasta manipulación molecular y comunicaciones.
Ahora, los investigadores de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard han desarrollado una herramienta para generar estados de luz nuevos y más complejos de una manera completamente diferente.
La investigación se publica en ciencia .
"Hemos desarrollado una meta-superficie que es una nueva herramienta para estudiar aspectos novedosos de la luz", dijo Federico Capasso, profesor de física aplicada de Robert L. Wallace y investigador senior de ingeniería eléctrica de Vinton Hayes en SEAS y autor principal del"Este componente óptico posibilita operaciones mucho más complejas y permite a los investigadores no solo explorar nuevos estados de luz sino también nuevas aplicaciones para la luz estructurada".
La Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard ha protegido la propiedad intelectual relacionada con este proyecto y está explorando oportunidades de comercialización.
La nueva metasuperficie conecta dos aspectos de la luz, conocidos como momento angular orbital y polarización circular o momento angular de giro. La polarización es la dirección a lo largo de la cual vibra la luz. En la luz polarizada circularmente, la vibración de la luz traza un círculo. Piense en el orbitalmomento angular y polarización circular como el movimiento de un planeta. La polarización circular es la dirección en la que un planeta gira sobre su eje mientras que el momento orbital describe cómo el planeta orbita alrededor del sol.
El hecho de que la luz pueda incluso llevar un impulso orbital es un descubrimiento relativamente reciente, ¿solo tiene unos 25 años? Pero es esta propiedad de la luz la que produce estados nuevos y extraños, como haces en forma de sacacorchos.
Investigaciones anteriores han utilizado la polarización de la luz para controlar el tamaño y la forma de estos haces exóticos, pero la conexión era limitada porque solo ciertas polarizaciones podían convertirse en ciertos momentos orbitales.
Esta investigación, sin embargo, expande significativamente esa conexión.
"Esta meta-superficie proporciona la conexión más general, a través de un solo dispositivo, entre el momento orbital y la polarización de la luz que se ha logrado hasta ahora", dijo Robert Devlin, coautor del artículo y ex estudiante de posgrado en el Laboratorio Capasso.
El dispositivo puede diseñarse de modo que cualquier polarización de entrada de luz pueda dar como resultado una salida de momento angular orbital, lo que significa que cualquier polarización puede producir cualquier tipo de luz estructurada, desde espirales y sacacorchos hasta vórtices de cualquier tamaño. Y, el dispositivo multifuncionalse puede programar para que una polarización dé como resultado un vórtice y una polarización diferente dé como resultado un vórtice completamente diferente.
"Este es un componente óptico completamente nuevo", dijo Antonio Ambrosio, científico principal del Centro de Harvard para sistemas de nanoescala CNS y coautor del artículo. "Algunas metasuperficies son iteraciones o versiones más eficientes y más compactas de las existentesdispositivos ópticos, pero esta conversión arbitraria de giro a orbital no se puede hacer con ningún otro dispositivo óptico. No hay nada en la naturaleza que pueda hacer esto y producir estos estados de luz ".
Una aplicación potencial es en el ámbito de la manipulación molecular y las pinzas ópticas, que utilizan la luz para mover moléculas. El impulso orbital de la luz es lo suficientemente fuerte como para hacer que las partículas microscópicas giren y se muevan.
"Se puede imaginar que si iluminamos el dispositivo con una polarización de luz, creará una fuerza de un tipo particular", dijo Ambrosio. "Entonces, si desea cambiar la fuerza, todo lo que necesita hacer es cambiarla polarización de la luz entrante. La fuerza está directamente relacionada con el diseño del dispositivo ".
Otra aplicación es la generación de imágenes de alta potencia. El agujero negro en el centro del vórtice, conocido como la región de intensidad de luz cero, puede mostrar características más pequeñas que el límite de difracción, que generalmente es la mitad de la longitud de onda de la luz. Al cambiarLa polarización de la luz, el tamaño de esta región central se puede cambiar para enfocar características de diferentes tamaños.
Pero estos rayos también pueden arrojar luz sobre cuestiones fundamentales de física.
"Estos haces en particular son, ante todo, de interés científico fundamental", dijo Noah Rubin, coautor del artículo y estudiante de posgrado en el Laboratorio Capasso. "Hay interés en estos haces en la óptica cuántica y la información cuántica.En el lado más aplicado, estos haces podrían encontrar aplicación en la comunicación óptica de espacio libre, especialmente en entornos de dispersión donde esto suele ser difícil.Además, recientemente se ha demostrado que se pueden incorporar elementos similares en los láseres, produciendo directamente estos nuevos estados de luz. Esto puede conducir a aplicaciones imprevistas. "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Original escrito por Leah Burrows. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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