La capacidad de controlar con precisión las diversas propiedades de la luz láser es fundamental para gran parte de la tecnología que usamos hoy en día, desde los cascos comerciales de realidad virtual VR hasta la obtención de imágenes microscópicas para la investigación biomédica. Muchos de los sistemas láser actuales se basan en sistemas rotativos independientes.componentes para controlar la longitud de onda, la forma y la potencia de un rayo láser, lo que hace que estos dispositivos sean voluminosos y difíciles de mantener.
Ahora, los investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard han desarrollado una única metasuperficie que puede sintonizar eficazmente las diferentes propiedades de la luz láser, incluida la longitud de onda, sin la necesidad de componentes ópticos adicionales. La metasuperficie puede dividir la luzen múltiples haces y controle su forma e intensidad de una manera independiente, precisa y energéticamente eficiente.
La investigación abre la puerta a sistemas ópticos livianos y eficientes para una variedad de aplicaciones, desde detección cuántica hasta auriculares VR / AR.
"Nuestro enfoque allana el camino hacia nuevos métodos para diseñar la emisión de fuentes ópticas y controlar múltiples funciones, como el enfoque, los hologramas, la polarización y la conformación del haz, en paralelo en una sola metasuperficie", dijo Federico Capasso, Robert L. Wallace Professor of Applied Physics y Vinton Hayes Senior Research Fellow en Ingeniería Eléctrica en SEAS y autor principal del artículo.
La investigación se publicó recientemente en Comunicaciones de la naturaleza .
El láser sintonizable tiene solo dos componentes: un diodo láser y una metasuperficie reflectante. A diferencia de las metasuperficies anteriores, que dependían de una red de pilares individuales para controlar la luz, esta superficie utiliza las llamadas supercélulas, grupos de pilares que trabajan juntos paracontrolar diferentes aspectos de la luz.
Cuando la luz del diodo golpea las supercélulas en la metasuperficie, parte de la luz se refleja hacia atrás, creando una cavidad láser entre el diodo y la metasuperficie. La otra parte de la luz se refleja en un segundo haz que es independiente de laprimero.
"Cuando la luz incide en la metasuperficie, diferentes colores se desvían en diferentes direcciones", dijo Christina Spägele, estudiante de posgrado en SEAS y primera autora del artículo. "Logramos aprovechar este efecto y diseñarlo de modo que solo la longitud de onda queque seleccionamos tiene la dirección correcta para volver a entrar en el diodo, lo que permite que el láser funcione solo en esa longitud de onda específica ".
Para cambiar la longitud de onda, los investigadores simplemente mueven la metasuperficie con respecto al diodo láser.
"El diseño es más compacto y simple que los láseres sintonizables de longitud de onda existentes, ya que no requiere ningún componente giratorio", dijo Michele Tamagnone, ex becaria postdoctoral en SEAS y coautora del artículo.
Los investigadores también demostraron que la forma del rayo láser se puede controlar por completo para proyectar un holograma complejo, en este caso el complejo escudo de Harvard centenario. El equipo también demostró la capacidad de dividir la luz incidente en treshaces, cada uno con propiedades diferentes: un haz convencional, un vórtice óptico y un haz conocido como haz de Bessel, que parece una diana y se utiliza en muchas aplicaciones, incluida la pinza óptica.
“Además de controlar cualquier tipo de láser, esta capacidad de generar múltiples haces en paralelo y dirigidos en ángulos arbitrarios, cada uno implementando una función diferente, permitirá muchas aplicaciones desde instrumentación científica hasta realidad aumentada o virtual y holografía”, dijo Capasso.
La investigación fue coautora de Dmitry Kazakov, Marcus Ossiander y Marco Piccardo. Fue financiada en parte por la subvención FA95550-19-1-0135 de la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea y la subvención MURI nº N00014 de la Oficina de Investigación Naval-20-1-2450.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard . Original escrito por Leah Burrows. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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