La capacidad de controlar con precisión las diversas propiedades de la luz láser es fundamental para gran parte de la tecnología que utilizamos hoy en día. desde cascos comerciales de realidad virtual (VR) hasta imágenes microscópicas para la investigación biomédica. Muchos de los sistemas láser actuales se basan en sistemas componentes giratorios para controlar la longitud de onda, forma y potencia de un rayo láser, haciendo que estos dispositivos sean voluminosos y difíciles de mantener.

Ahora, 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 luz en múltiples haces y controlar su forma e intensidad de forma independiente, forma precisa y eficiente en el consumo de energía.

La investigación abre la puerta a sistemas ópticos ligeros y eficientes para una amplia gama de aplicaciones, desde la detección cuántica hasta los auriculares VR / AR.

"Nuestro enfoque allana el camino a nuevos métodos para diseñar la emisión de fuentes ópticas y controlar múltiples funciones, como enfocar, hologramas, polarización, y modelado de vigas, en paralelo en una única metasuperficie, "dijo Federico Capasso, el profesor Robert L. Wallace de física aplicada y el investigador principal Vinton Hayes en ingeniería eléctrica en SEAS y autor principal del artículo.

La investigación fue publicada 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 se basó en una red de pilares individuales para controlar la luz, esta superficie utiliza las llamadas supercélulas, grupos de pilares que trabajan juntos para controlar diferentes aspectos de la luz.

Cuando la luz del diodo golpea las supercélulas en la metasuperficie, parte de la luz se refleja de nuevo, 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 del primero.

"Cuando la luz incide en la metasuperficie, diferentes colores se desvían en diferentes direcciones, "dijo Christina Spägele, estudiante de posgrado en SEAS y primer autor del artículo. "Logramos aprovechar este efecto y diseñarlo de modo que solo la longitud de onda que seleccionamos tenga la dirección correcta para volver a entrar en el diodo, permitiendo 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 becario postdoctoral en SEAS y coautor 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 tres haces independientes, cada uno con diferentes propiedades:una viga convencional, un vórtice óptico y un rayo conocido como rayo 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.