Modellare la luce del campo vicino


Modellare la luce del campo vicino

Sviluppato un sistema per modellare la luce vicino al campo. Questa scoperta apre la porta a un controllo senza precedenti su questo tipo di luce potente, in gran parte inesplorata.

Esistono molti tipi di luce: alcuni visibili e altri invisibili all'occhio umano. Ad esempio, i nostri occhi e il nostro cervello non hanno gli strumenti per elaborare la luce ultravioletta nel momento in cui colpisce i nostri occhi, rendendola invisibile. Ma c'è un altro tipo di luce che è invisibile semplicemente perché non raggiunge mai i nostri occhi. Quando la luce colpisce determinate superfici, parte di essa si attacca e rimane dietro anziché essere trasmessa o dispersa. Questo tipo di luce è chiamata luce del campo vicino.

Oggi, la luce del campo vicino viene utilizzata principalmente per la microscopia ad altissima risoluzione, nota come microscopio ottico a scansione del campo vicino (NSOM). Tuttavia, la luce del campo vicino ha anche un potenziale non sfruttato per la manipolazione delle particelle, il rilevamento e le comunicazioni ottiche. Ma poiché la luce del campo vicino non raggiunge i nostri occhi come fa la luce del campo lontano, i ricercatori non hanno sviluppato un kit completo di strumenti per sfruttare e manipolare il campo vicino.

«Oggi disponiamo di molti strumenti e tecniche per progettare l'aspetto di una luce di campo lontano», ha affermato il dottor Vincent Ginis, (1) professore ospite presso la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) (Ginis è anche professore all'Università Vrije di Brussel). «Abbiamo lenti, telescopi, prismi e ologrammi. Tutte queste cose ci consentono di scolpire la luce che si propaga liberamente nello spazio.»

Ora, i ricercatori SEAS hanno sviluppato un sistema per modellare la luce vicino al campo, aprendo la porta a un controllo senza precedenti su questo tipo di luce potente, in gran parte inesplorata. La ricerca è stata pubblicata da Science. (2)

«Nel corso degli anni, il nostro gruppo ha sviluppato nuove potenti tecniche per strutturare la propagazione della luce utilizzando metasuperfici a motivi di lunghezza d'onda», ha affermato il dottor Federico Capasso, (3) professore di fisica applicata di Robert Wallace e Vinton Hayes Senior Research Fellow in ingegneria elettrica e autore senior dell'articolo. «Con questo lavoro, mostriamo come strutturare il campo vicino a distanza, aprendo interessanti opportunità nella scienza e nella tecnologia.»

Per manipolare la luce del campo vicino, i ricercatori hanno sviluppato un dispositivo in cui la luce, confinata a una guida d'onda, rimbalza avanti e indietro tra due riflettori. Dopo ogni rimbalzo cambia modalità, il che significa che si propaga con un diverso modello spaziale. Con più rimbalzi, questi schemi si sommano per generare un profilo di intensità della luce complesso lungo la guida d'onda. Anche la luce del campo vicino alla superficie della guida d'onda cambia. Quando tutti i diversi schemi della luce del campo vicino sono sovrapposti l'uno all'altro, viene creata una forma specifica. I ricercatori possono pre-programmare quella forma adattando l'ampiezza delle modalità della luce che rimbalza.

«La coesistenza di tutte queste modalità può essere progettata per creare paesaggi a campo vicino a piacimento sulla superficie del dispositivo», ha affermato Marco Piccardo, (4) ricercatore associato di SEAS e coautore del documento. «La forma del paesaggio è determinata dalle proprietà combinate della luce a cascata.»

Il dottor Vincent Gini spiega: «È un po' come la musica che stai ascoltando è la sovrapposizione di molte note o modi assemblati in schemi concepiti dal compositore. Una sola nota non è molto, ma presa insieme puoi generare qualsiasi tipo di musica. Mentre la musica opera nel tempo, il nostro quasi. Il generatore di campo opera in uno spazio tridimensionale e l'aspetto intrigante del nostro dispositivo è che una nota genera l'altra.»

È importante sottolineare che questo processo di stampaggio avviene in remoto, il che significa che nessuna parte del dispositivo interagisce direttamente con la luce del campo vicino. Ciò riduce le interferenze, che è importante per applicazioni come la manipolazione di particelle, ed è un grande allontanamento dagli attuali metodi locali di scultura vicino a campi come la luce splendente su punte metalliche e nanoparticelle.

Per dimostrare il loro design, i ricercatori hanno modellato la luce del campo vicino nella forma di un elefante. O, più specificamente, un elefante all'interno di un boa constrictor, un omaggio al gioco di dimensioni nel classico 'Il piccolo principe di Antoine de Saint-Exupéry'.

I ricercatori hanno anche modellato la luce in una curva, un plateau e una linea retta.

«Questa ricerca fornisce un nuovo percorso verso un controllo tridimensionale senza precedenti della luce del campo vicino», ha affermato Capasso. «È un presagio delle scoperte entusiasmanti e degli sviluppi tecnologici che mi aspetto da questo lavoro in futuro.»

Il documento è stato scritto da Michele Tamagnone, Jinsheng Lu e Simon Kheifets del SEAS e Min Qui della School of Engineering della Westlake University di Hangzhou, in Cina. È stato supportato in parte dall'Ufficio dell'aeronautica della ricerca scientifica con la concessione di AFOSR FA9550-14-1-0389. Gli autori di Harvard riconoscono anche il supporto del Harvard University Center for Nanoscale Systems (CNS), membro della National Nanotechnology Infrastructure Network (NNIN).

Riferimenti:

(1) Vincent Ginis

(2) Remote structuring of near-field landscapes

(3) Federico Capasso

(4) Marco Piccardo

Descrizione foto: Paesaggio di luce localizzata a forma di elefante. La luce guidata viene modellata rimbalzando avanti e indietro tra due convertitori di modalità. / Uno schema di un dispositivo orizzontale vicino al campo. La luce confinata a una guida d'onda rimbalza avanti e indietro tra due convertitori (blu), il che modifica la modalità o il modello della luce. Con più rimbalzi, questi motivi si sommano per generare un paesaggio vicino al campo sulla superficie della guida d'onda (rosso). / Ricostruzioni del paesaggio vicino al campo generato dal dispositivo. La forma al centro è stata ispirata da un'illustrazione del classico 'Il piccolo principe di Antoine de Saint-Exupéry'. - Credit: Image courtesy of Second Bay Studios/Harvard SEAS.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Getting a grip on near-field light

Aggiungi un commento

Filtered HTML

  • Indirizzi web o e-mail vengono trasformati in link automaticamente
  • Elementi HTML permessi: <a> <em> <strong> <cite> <blockquote> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd>
  • Linee e paragrafi vanno a capo automaticamente.

Plain text

  • Nessun tag HTML consentito.
  • Indirizzi web o e-mail vengono trasformati in link automaticamente
  • Linee e paragrafi vanno a capo automaticamente.
CAPTCHA
Questa domanda serve a verificare se sei un lettore o un robot.
Image CAPTCHA
Enter the characters shown in the image.