Los billetes de banco y las tarjetas de crédito pronto podrán presentar hologramas mejorados contra la falsificación gracias a un "tamiz de fotones" desarrollado por investigadores y colaboradores de A * STAR.

Los hologramas contienen complejos, información de imágenes tridimensionales que las hace difíciles, pero no imposibles, de falsificar. Una forma de mejorar su seguridad es mediante el uso de dispositivos sofisticados que mejoran la resolución holográfica. Los dispositivos nanofotónicos despliegan matrices de píxeles de dispersión de luz a nanoescala que codifican capas adicionales de información a través de interacciones ópticas de "campo cercano" entre los láseres y los píxeles.

Recientemente, Los investigadores han demostrado que los agujeros a nanoescala tallados en láminas de metal delgadas son píxeles de dispersión de luz efectivos. Asombrosamente, cuando estos nanoagujeros están dispuestos al azar, en lugar de periódicamente, el holograma generado se vuelve más uniforme. Diseñar dispositivos con componentes dispuestos aleatoriamente, sin embargo, es técnicamente desafiante, ya que parámetros como el radio y el espaciado de nanoagujeros pueden variar en una amplia gama de valores.

Para superar estos obstáculos, Jinghua Teng del Instituto A * STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales y sus colegas idearon un método teórico que deconstruye el complejo campo difractado de un solo nanoagujero en simples expresiones analíticas que se pueden resolver con exactitud. Superponiendo las soluciones juntas, pueden calcular local, campos eléctricos especificados en lugar de gastar recursos computacionales significativos para simular numéricamente toda la matriz nanofotónica.

Los investigadores recurrieron a algoritmos genéticos para organizar de manera eficiente los agujeros en una disposición de tamiz de fotones. Al emparejar repetidamente, cruce, y 'cromosomas' mutantes que contienen diferentes 'genes' (etiquetas de diferentes tamaños y posiciones de nanoagujeros) se desarrolla un patrón aperiódico que optimiza el control de la luz holográfica basándose en los cálculos simplificados del campo eléctrico.

Próximo, el equipo utilizó la litografía por haz de electrones para convertir su diseño en un dispositivo práctico al grabar más de 34, 000 nanoagujeros aperiódicos en una fina película de cromo (ver imagen). El prototipo resultante aumentó la eficiencia de difracción en casi un 50 por ciento en comparación con los dispositivos nanofotónicos convencionales con una resolución de imagen cientos de veces mejor. Los errores holográficos comunes o "artefactos" como las imágenes gemelas también se eliminaron mediante esta técnica.

"Las imágenes holográficas de alta calidad son prometedoras para aplicaciones como la lucha contra la falsificación, sistema de identificación de información portátil y cifrado óptico, "dice Teng". Por ejemplo, podría utilizarse en la lucha contra la falsificación de billetes, con su tamaño ultracompacto, alta calidad, e incluso holografías de varios niveles ".

Los investigadores demostraron otra aplicación de su enfoque al diseñar un sistema de 'superenfoque' que puede resolver objetos más pequeños que la longitud de onda de la luz. Con los nanoagujeros dispuestos en anillos concéntricos, la lente de tamiz de fotones enfoca la luz hasta puntos de solo 200 nanómetros de ancho, escalas útiles para imágenes biológicas y manipulaciones ópticas.