Un nouveau type de méta-surface permet un contrôle laser sans précédent


Un nouveau type de méta-surface permet un contrôle laser sans précédent

La forme du faisceau laser peut être entièrement contrôlée pour projeter un hologramme complexe comme celui ci-dessus. Crédit photo : Christina Spägele / Harvard SEAS

La capacité de contrôler avec précision les diverses propriétés de la laser est essentielle à de nombreuses technologies utilisées aujourd’hui, des casques de réalité virtuelle (VR) commerciaux à l’imagerie microscopique pour la recherche biomédicale. De nombreux systèmes laser d’aujourd’hui reposent sur des composants rotatifs séparés pour contrôler la longueur d’, la forme et la puissance d’un faisceau laser, ce qui rend ces dispositifs encombrants et difficiles à entretenir.

Aujourd’hui, des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences ont développé une métasurface unique qui peut régler efficacement les diverses propriétés de la lumière laser, y compris la longueur d’onde, composants optiques supplémentaires. La méta-surface peut diviser la lumière en plusieurs faisceaux et contrôler leur forme et leur intensité de manière indépendante, précise et économe en énergie.

La recherche ouvre la porte à des systèmes optiques légers et efficaces pour une gamme d’applications, de la détection quantique aux casques VR/AR.

« Notre approche ouvre la voie à de nouvelles méthodes pour développer l’émission de source optique et contrôler de multiples fonctions telles que la focalisation, les hologrammes, la polarisation et la formation de faisceaux en parallèle dans une seule métasurface », a déclaré Federico Capasso, professeur Robert L. Wallace de physique appliquée et Vinton. Hayes Senior Research Fellow in Electrical Engineering chez SEAS et auteur principal de l’article.

L’étude a été récemment publiée dans. publié Communication nature.

Le laser accordable se compose de seulement deux composants – une diode laser et une méta-surface réfléchissante. Contrairement aux méta-surfaces précédentes qui reposaient sur un réseau de piliers individuels pour contrôler la lumière, cette surface utilise des supercellules, des groupes de piliers qui fonctionnent ensemble pour contrôler différents aspects de la lumière.

Un nouveau type de méta-surface permet un contrôle laser sans précédent

La lumière incidente peut être divisée en trois faisceaux indépendants, chacun avec des propriétés différentes – un faisceau conventionnel (à droite), un faisceau connu sous le nom de faisceau de Bessel (au ) et un vortex optique (à gauche). Crédit photo : Christina Spägele / Harvard SEAS

Lorsque la lumière de la diode frappe les supercellules de la métasurface, une partie de la lumière est réfléchie, créant une cavité laser entre la diode et la métasurface. L’autre partie de la lumière est réfléchie dans un deuxième faisceau indépendant du premier.

« Lorsque la lumière frappe la métasurface, différentes couleurs sont déviées dans différentes directions », explique Christina Spägele, doctorante à SEAS et première auteure de l’article. « Nous avons réussi à utiliser cet effet et à le concevoir de sorte que seule la longueur d’onde que nous avons sélectionnée ait la bonne direction pour revenir à la diode afin que le laser ne puisse fonctionner qu’à cette longueur d’onde particulière. »

Pour changer la longueur d’onde, les chercheurs déplacent simplement la méta-surface par rapport à la diode laser.

« La conception est plus compacte et plus simple que les lasers à longueur d’onde réglable existants car elle ne nécessite pas de composants rotatifs », a déclaré Michele Tamagnene, ancienne stagiaire postdoctorale à SEAS et co-auteur de l’article.

Les chercheurs ont également montré que la forme du faisceau laser peut être entièrement contrôlée pour projeter un hologramme complexe – dans ce cas le bouclier complexe de Harvard, vieux de plusieurs siècles. L’équipe a également démontré la capacité de diviser la lumière incidente en trois faisceaux indépendants, chacun avec des propriétés différentes – un faisceau conventionnel, un vortex optique et un faisceau connu sous le nom de faisceau de Bessel, qui ressemble à un hublot et est utilisé dans de nombreuses applications, y compris les pincettes optiques.

« En plus de contrôler tout type de laser, cette capacité à générer plusieurs faisceaux en parallèle et à n’importe quel , chacun mettant en œuvre une fonction différente, permettra de nombreuses applications allant des instruments scientifiques à la réalité augmentée ou virtuelle et à l’holographie », a déclaré Capasso.


La métasurface ouvre le monde de la polarisation


Plus d’information:
Christina Spägele et al., Optique grand angle multifonctionnelle et lasers basés sur les méta-surfaces Supercell, Communication nature (2021). DOI : 10.1038 / s41467-021-24071-2

Fourni par la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences

Citation: Le nouveau type de métasurface un contrôle laser sans précédent (2021, 29 juin), consulté le 29 juin 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-06-metasurface-unprecedented-laser.html

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