Silicon Taiga: Специальные нано-голограммы позволяют получить экзотическое состояние света в видимом и невидимом диапазонах

Ученые-физики из Гарвардской школы технических и прикладных наук (Harvard School of Engineering and Applied Sciences, SEAS) продемонстрировали возможность управления интенсивностью, фазой и поляризацией лучей света с помощью устройства, напоминающего голограмму с нанесенными в определенном порядке на ее поверхность наноразмерными структурами. В качестве доказательств работоспособности использованных принципов исследователи создали необычное состояние луча света, называемое радиально поляризованным лучом. Благодаря тому, что радиально поляризованный луч, в силу своих свойств, может быть сфокусирован до крайне малых размеров, он может быть использован в литографических процессах с высокой разрешающей способностью, в качестве оптического пинцета, способного захватывать, удерживать и передвигать крошечные частицы, размером с вирус.

В данном достижении не было бы ничего экстраординарного, если бы не то, что созданное учеными устройств является первым устройством в мире, позволяющим управлять сразу тремя основными характеристиками луча света, фазой, поляризацией и интенсивностью. "Сотрудники нашей лаборатории уже давно работают над нанотехнологиями, которые позволяют "играть" со светом" - рассказывает Патрис Женеве (Patrice Genevet), научный сотрудник SEAS, - "В своих последних исследованиях мы использовали голографию совершенно новым способом, который, благодаря использованию нанотехнологий, позволяет творить со светом всевозможные "чудеса" с помощью различных наноструктур, размеры которых меньше длины волны света".

Используя специальную поверхность с наноструктурами, расположенными особым образом, гарвардские исследователи преобразовали луч совершенно обычного лазерного света в радиально поляризованный луч. При этом, технология оказалась полностью работоспособной в диапазоне видимого света и в части диапазона инфракрасного света. "Когда луч света поляризуется радиальным образом, колебания электромагнитных волн направлены наружу из центра луча как спицы велосипедного колеса" - рассказывает Патрис Женеве, - "В разрезе этот необычный луч света выглядит как очень яркое кольцо света с темным пятном посередине".

Наноголограмма

Новое оптическое устройство весьма напоминает плоскую голограмму, но на его поверхности создан некий невидимый наноструктурированный образ. Видимый свет, длина волны которого измеряется сотнями нанометров, взаимодействует с наноструктурами образом, совершенно отличным от его взаимодействия с простыми поверхностями или структурами масштаба микрометров и больше. Используя эффекты необычного взаимодействия света и наноструктур можно создать практически любой "интерфейс", выполняющий определенные преобразования луча света.

Следует заметить, что создание таких наноголограмм стало возможным только в последнее время благодаря разработке методов высокоточного нано-производства в чрезвычайно высокой разрешающей способностью и мощнейшего специализированного программного обеспечения, позволяющего рассчитать эффекты взаимодействия света с наноструктурами и создать рисунок расположения наноструктур на поверхности устройства.

"Теперь мы можем управлять сразу всеми параметрами света с помощью одного устройства. Это огромный шаг в направлении миниатюризации оптических приборов, ведь раньше мы были вынуждены использовать отдельное устройство для управления каждым параметром луча света" - рассказывает Женеве.

Следующими шагами, которые будут предпринимать ученые, станут создание более сложных поляризационных нано-голограмм и увеличение эффективности их работы. После этого можно будет задумываться всерьез о применении таких голограмм в самых различных областях, начиная от научного оборудования, вычислительной техники и заканчивая системами безопасности и ограничения доступа.