Ilustración de una serie de láseres de vórtice orgánicos, cada uno con una espiral diferente y, por lo tanto, una carga topológica diferente. Crédito:Stellinga et al. © 2018 Sociedad Química Estadounidense
Los investigadores han desarrollado un nuevo tipo de láser de vórtice orgánico, que es un láser que emite un rayo de luz helicoidal. En el futuro, matrices en miniatura de estos láseres de vórtice, cada uno con una forma de espiral ligeramente diferente, se puede utilizar en aplicaciones como pantallas de TV 3D, microscopía, y como portadores de información para comunicaciones de luz visible.
Los investigadores, dirigido por Ifor D. W. Samuel en la Universidad de St. Andrews y Thomas F. Krauss en la Universidad de York, ambos en el Reino Unido, han publicado un artículo sobre los láseres de vórtice orgánicos en un número reciente de ACS Nano .
"Las matrices láser ya se han demostrado antes, pero no con tal control sobre la forma del haz, "Krauss dijo Phys.org . "Nuestro enfoque nos permite hacer haces de vórtice de carga topológica controlada. Podemos hacer haces Airy o haces Bessel. De manera similar, Las metasuperficies que generan tales haces a medida se han demostrado antes, pero han sido elementos pasivos, láseres no activos ".
Previamente, Se han generado rayos láser de vórtice tomando un láser y utilizando componentes ópticos separados para dar forma al rayo, resultando en vigas grandes. Los nuevos láseres de vórtice que se muestran aquí tienen un medio de ganancia nanoestructurado que genera el haz de vórtice directamente. Esto significa que se puede reducir a vigas en miniatura, que luego se puede organizar en una matriz. Se espera que la versión miniaturizada sea mucho más útil para aplicaciones prácticas.
Para generar haces de luz helicoidales, los investigadores diseñaron una rejilla óptica que consta de una espiral de Arquímedes. Cuando la luz atraviesa la rejilla, emerge como una viga helicoidal. Controlando las dimensiones de la rejilla en espiral, es posible controlar las propiedades del haz de luz.
Micrografías SEM de espirales de Arquímedes con (a) uno, (b) dos, y (c) tres brazos. Crédito:Stellinga et al. © 2018 Sociedad Química Estadounidense
La forma principal de hacer esto es controlando el número de "brazos" que tiene la espiral de Arquímedes. El número de brazos es igual a la carga topológica del haz de luz, que es el número de giros que hace el haz de luz en una longitud de onda. Entonces, cuanto mayor sea el número de brazos, cuanto más apretada sea la hélice del haz de luz. Aquí, los investigadores demostraron rejillas en espiral de Arquímedes con entre cero (sin torsión) y tres brazos.
Este nuevo método para generar láseres de vórtice tiene ventajas sobre los métodos anteriores en que los haces se pueden generar en un solo paso y por un solo elemento óptico (la rejilla). Con estas ventajas, los investigadores esperan que los resultados allanarán el camino hacia la implementación de láseres de vórtice en una variedad de aplicaciones.
"Mi principal interés son los semiconductores orgánicos, que se puede modelar simplemente para hacer dispositivos como este, "dijo Samuel, cuyo grupo proporcionó el material de ganancia de semiconductores orgánicos y realizó las mediciones. "Un objetivo a largo plazo es fabricar este tipo de láseres eléctricamente, en lugar de ópticamente, impulsado. Un objetivo más cercano es utilizar tales láseres para detectar vapores explosivos ".
Krauss, cuyo grupo diseñó las nanoestructuras utilizadas en el estudio, está particularmente interesado en pantallas y aplicaciones de microscopía.
"En pantallas, podría utilizar los diferentes órdenes de vórtice para multiplexar información, por ejemplo, para proyectar varias imágenes a la vez, ", dijo." Los rayos de vórtice son de interés en microscopía, así que uno puede imaginar una matriz de tales haces para microscopía masivamente paralela ".
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