Спеціальні нано-голограми дозволяють отримати екзотичне стан світла у видимому і невидимому діапазонах
Вчені-фізики з Гарвардської школи технічних і прикладних наук (Harvard School of Engineering and Applied Sciences, SEAS) продемонстрували можливість керування інтенсивністю, фазою і поляризацією променів світла з допомогою пристрою, що нагадує голограму з нанесеними в певному порядку на її поверхню нанорозмірними структурами. В якості доказів працездатності використаних принципів дослідники створили незвичайне стан променя світла, зване радіально поляризованим променем. Завдяки тому, що радіально поляризований промінь, в силу своїх властивостей, може бути сфокусований до дуже малих розмірів, він може бути використаний в літографічних процесах з високою роздільною здатністю, в якості оптичного пінцета, здатного захоплювати, утримувати й пересувати крихітні частинки, розміром з вірус.
В даному досягненні не було б нічого надзвичайного, якби не те, що створене вченими пристроїв є першим пристроєм у світі, що дозволяє управляти відразу трьома основними характеристиками променя світла, фазою, поляризацією та інтенсивністю. "Співробітники нашої лабораторії вже давно працюють над нанотехнологіями, які дозволяють "грати" зі світлом" - розповідає Патріс Женеві (Patrice Genevet), науковий співробітник SEAS, - "У своїх останніх дослідженнях ми використовували голографію абсолютно новим способом, який, завдяки використанню нанотехнологій, дозволяє творити зі світлом всілякі "чудеса" з допомогою різних наноструктур, розміри яких менше довжини хвилі світла".
Використовуючи спеціальну поверхню з наноструктурами, розташованими особливим чином, гарвардські дослідники перетворили промінь зовсім звичайного лазерного світла в радіально поляризований промінь. При цьому, технологія виявилася повністю працездатною в діапазоні видимого світла і в частині діапазону інфрачервоного світла. "Коли промінь світла поляризується радіальним чином, коливання електромагнітних хвиль спрямовані назовні з центру променя як спиці велосипедного колеса" - розповідає Патріс Женеві, - "В розрізі цей незвичайний промінь світла виглядає як дуже яскраве кільце світла з темною плямою посередині".
Нове оптичне пристрій вельми нагадує плоску голограму, але на його поверхні створений якийсь невидимий наноструктурований образ. Видиме світло, довжина хвилі якого вимірюється сотнями нанометрів, взаємодіє з наноструктурами чином, абсолютно відмінним від його взаємодії з простими поверхнями або структурами масштабу мікрометрів і більше. Використовуючи ефекти незвичайного взаємодії світла і наноструктур можна створити практично будь-який "інтерфейс", що виконує певні перетворення променя світла.
Слід зауважити, що створення таких наноголограмм стало можливим тільки останнім часом завдяки розробці методів високоточного нано-виробництва в надзвичайно високою роздільною здатністю і потужного спеціалізованого програмного забезпечення, що дозволяє розрахувати ефекти взаємодії світла з наноструктурами і створити малюнок розташування наноструктур на поверхні пристрою.
"Тепер ми можемо керувати всіма параметрами світла за допомогою одного пристрою. Це величезний крок у напрямку мініатюризації оптичних приладів, адже раніше ми були змушені використовувати окремий пристрій для управління кожним параметром променя світла" - розповідає Женеві.
Наступними кроками, які будуть вживати вчені, стануть створення більш складних поляризаційних нано-голограм і збільшення ефективності їх роботи. Після цього можна буде всерйоз замислюватися про застосування таких голограм в самих різних областях, починаючи від наукового обладнання, обчислювальної техніки і закінчуючи системами безпеки й обмеження доступу.