Tecnologie moderne come il calcolo ottico, la fotonica integrata e l'olografia digitale richiedono tutte una manipolazione flessibile dei segnali luminosi nello spazio tridimensionale. In questo processo, è fondamentale modellare e guidare il flusso di luce in base all'applicazione desiderata.
Poiché il flusso di luce all'interno di un mezzo è controllato dal suo indice di rifrazione, è necessaria una manipolazione specifica dell'indice di rifrazione per controllare i percorsi ottici all'interno del mezzo. Per raggiungere questo obiettivo, gli scienziati hanno sviluppato i cosiddetti "elementi di volume fotonico aperiodici" (APVE), che sono voxel su microscala con indici di rifrazione specifici posizionati in posizioni predeterminate per guidare il flusso di luce in modo controllato. Tuttavia, l'intaglio di questi elementi richiede un'elevata precisione e la maggior parte dei materiali di modellazione della luce sono limitati a configurazioni 2D o alla fine si traducono in profili del raggio di uscita ridotti.
Di recente, uno studio pubblicato sulla rivista di fotonica "APNexus" ha presentato un metodo semplice per produrre APVE ad alta precisione e ne ha dimostrato l'uso in una vasta gamma di applicazioni. La ricerca è stata condotta da Alexander Jesacher dell'Università di medicina di Innsbruck in Austria e supera i limiti del light shaping menzionati in precedenza.
Il metodo utilizza una tecnica chiamata "scrittura laser diretta" (DLW), che è una tecnologia laser ad alta velocità che dispone voxel con indici di rifrazione specifici in tre dimensioni all'interno del vetro borosilicato per guidare con precisione la luce per varie applicazioni.
Secondo i rapporti, i ricercatori hanno progettato un algoritmo che stimola la luce che passa attraverso il mezzo per determinare la posizione ottimale dei voxel per ottenere la precisione necessaria. Sulla base di ciò, sono stati in grado di generare da 154,000 a 308,000 voxel in 20 minuti, con ciascun voxel con un volume di circa 1.75 μm × 7.5 μm × 10 μm. Inoltre, hanno utilizzato il controllo dinamico del fronte d'onda per compensare qualsiasi aberrazione sferica (distorsione del profilo del raggio) del laser focalizzato sul substrato durante il processo. Ciò ha garantito la coerenza del profilo di ciascun voxel a ogni profondità all'interno del mezzo.
Il team ha sviluppato tre tipi di APVE per dimostrare l'applicabilità del metodo: un modellatore di intensità per controllare la distribuzione dell'intensità del raggio di ingresso, un multiplexer RGB per controllare la trasmissione degli spettri rosso, verde e blu nel raggio di ingresso e un Sorter in modalità Hermite-Gaussian (HG) per migliorare la velocità di trasmissione dei dati.
Il team ha utilizzato l'intensity shaper per convertire un raggio gaussiano in una distribuzione della luce a forma di arco sorridente su microscala, quindi ha utilizzato il multiplexer per rappresentare diverse parti della distribuzione a forma di arco sorridente in diversi colori e infine ha utilizzato il selezionatore di modalità HG per convertire più Modi gaussiani trasmessi da fibre ottiche in modi HG. In tutti i casi, il dispositivo è stato in grado di trasmettere il segnale di ingresso senza perdite significative e raggiungere un'efficienza di diffrazione da record fino all'80%, stabilendo un nuovo punto di riferimento per gli APVE.
Questo nuovo metodo apre le porte a una piattaforma ideale a basso costo per la prototipazione rapida di dispositivi di light shaping 3D altamente integrati. Oltre alla sua semplicità, basso costo e alta precisione, questo metodo può essere esteso anche ad altri substrati, compresi i materiali non lineari. La sua flessibilità lo rende adatto alla progettazione di un'ampia gamma di dispositivi 3D da utilizzare in campi quali la trasmissione di informazioni, il calcolo ottico, l'imaging in fibra multimodale, la fotonica non lineare e l'ottica quantistica.
Fonte da ofweek.com
