(Phys.org) —Los físicos aplicados de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard (SEAS) han demostrado que pueden cambiar la intensidad, fase, y polarización de los rayos de luz utilizando un diseño similar a un holograma decorado con estructuras a nanoescala.

Como prueba de principio, los investigadores lo han utilizado para crear un estado de luz inusual llamado haz polarizado radialmente, lo cual, debido a que puede enfocarse con mucha precisión, es importante para aplicaciones como la litografía de alta resolución y para atrapar y manipular partículas diminutas como virus.

Esta es la primera vez que un single Se ha diseñado un dispositivo simple para controlar estas tres propiedades principales de la luz a la vez. (La fase describe cómo dos ondas interfieren para fortalecerse o cancelarse entre sí, dependiendo de cómo se superponen sus crestas y valles; la polarización describe la dirección de las vibraciones de la luz; y la intensidad es el brillo.)

"Nuestro laboratorio trabaja en el uso de la nanotecnología para jugar con la luz, "dice Patrice Genevet, investigador asociado en Harvard SEAS y coautor principal de un artículo publicado este mes en Nano letras . "En esta investigación, hemos usado la holografía de una manera novedosa, incorporando nanotecnología de vanguardia en forma de estructuras de sublongitud de onda a una escala de apenas decenas de nanómetros. "Un nanómetro equivale a una mil millonésima parte de un metro.

Genevet trabaja en el laboratorio de Federico Capasso, Robert L. Wallace Profesor de Física Aplicada y Vinton Hayes Investigador Senior en Ingeniería Eléctrica en Harvard SEAS. El grupo de investigación de Capasso en los últimos años se ha centrado en la nanofotónica, la manipulación de la luz a escala nanométrica, con el objetivo de crear nuevos rayos de luz y efectos especiales que surjan de la interacción de la luz con materiales nanoestructurados.

Usando estos nuevos hologramas nanoestructurados, los investigadores de Harvard han convertido los convencionales, luz láser circularmente polarizada en haces radialmente polarizados en longitudes de onda que abarcan el espectro de luz visible e infrarrojo cercano, tecnológicamente importante.

"Cuando la luz está polarizada radialmente, sus vibraciones electromagnéticas oscilan hacia adentro y hacia afuera desde el centro del haz como los radios de una rueda, ", explica Capasso." Este rayo inusual se manifiesta como un anillo de luz muy intenso con una mancha oscura en el centro ".

"Es de destacar, "Capasso señala, "que la misma placa holográfica nanoestructurada se puede usar para crear luz polarizada radialmente en tantas longitudes de onda diferentes. La luz polarizada radialmente puede enfocarse mucho más estrechamente que la luz polarizada convencionalmente, permitiendo así muchas aplicaciones potenciales en microscopía y manipulación de nanopartículas ".

El nuevo dispositivo se asemeja a una rejilla de holograma normal con un adicional, patrón nanoestructurado tallado en él. Luz visible, que tiene una longitud de onda de cientos de nanómetros, interactúa de manera diferente con las aberturas texturizadas en la escala 'nano' que con las de la escala de micrómetros o más grandes. Explotando estos comportamientos, la interfaz modular puede doblar la luz entrante para ajustar su intensidad, fase, y polarización.

Hologramas más allá de ser un elemento básico de los universos de ciencia ficción, encontrar muchas aplicaciones en seguridad, como los paneles holográficos en tarjetas de crédito y pasaportes, y actualmente se están diseñando nuevos métodos de almacenamiento de datos basados ​​en hologramas digitales para reemplazar potencialmente los sistemas actuales. Lograr un control preciso de la luz es fundamental para el avance de estas tecnologías.

"Ahora, puedes controlar todo lo que necesitas con una sola interfaz, "dice Genevet, señalando que el efecto de polarización que la nueva interfaz tiene sobre la luz anteriormente solo podía lograrse mediante una cascada de varios elementos ópticos diferentes. "Estamos obteniendo una gran ventaja en términos de ahorro de espacio".

La demostración de este holograma nanoestructurado se ha hecho posible solo recientemente con el desarrollo de software más potente y tecnologías de nanofabricación de mayor resolución.

El diseño subyacente es más complejo que una simple superposición de nanoestructuras en el holograma. La fase y la polarización de la luz interactúan estrechamente, por lo que las estructuras deben diseñarse teniendo en cuenta ambos resultados, utilizando herramientas informáticas modernas.

La investigación adicional tendrá como objetivo hacer hologramas polarizados más complejos y optimizar la eficiencia de salida del dispositivo.