Valon tarkennus ja epätarkennus ilman linssiä

Harvard SEAS:n tutkijat ovat kokeellisesti osoittaneet, että valonsäde voi toistuvasti tarkentaa ja pehmentää itseään vapaassa tilassa ilman linssiä, mikä vahvistaa 1960-luvulla esitetyn teoreettisen ennusteen, jota kutsutaan Montgomery-ilmiöksi.

Tämä hallittava, linssitön itsekuvantaminen voisi mahdollistaa monia tekniikoita, mukaan lukien optisten pinsettien ryhmät ja taustattoman, monitasoisen optisen kuvantamisen.

Harvard John A. Paulsonin teknillisen ja sovelletun tieteen koulun (SEAS ) sovelletun fyysikon tutkijat ovat osoittaneet uuden tavan jäsentää valoa räätälöidyiksi, toistettaviksi, kolmiulotteisiksi kuvioiksi ilman perinteisten optisten elementtien, kuten linssien ja peilien, käyttöä.

Federico Capassonin laboratorion tutkijat raportoivat ensimmäisen kokeellisen demonstraation vähän tunnetusta Montgomery-ilmiöstä, jossa koherentti valonsäde näennäisesti katoaa ja sitten tarkentaa itsensä uudelleen yhä uudelleen vapaassa tilassa täydellisesti sijoitetuilla etäisyyksillä.

Uusi työ korostaa, että vaikutus on todellinen ja että sitä voidaan suunnitella ja säätää tarkasti.

Kokeita johti ensimmäinen kirjoittaja Murat Yessenov, Capasson ryhmän postdoc-tutkija. Hän ja hänen kollegansa saivat inspiraationsa läheisesti liittyvästä Talbot-ilmiöstä, jota hyödynnetään niin sanotussa linssittömässä itsekuvantamisessa. Ilmiöllä on kuitenkin keskeinen rajoitus: se toimii vain silloin, kun diffraktiohilakuvion lähtökuvio on ehdottoman periodinen.

1960-luvulla fyysikko WD Montgomery esitti teorian, jonka mukaan itsekuvantaminen olisi mahdollista lähes mille tahansa valon kuviolle, ei vain jaksollisille. Hänen ennusteensa kuitenkin rajoittui matematiikkaan, ja vain muutamia osittaisia kokeellisia esityksiä tehtiin.

Optica-tutkimuksessa tiimi käytti tilallista valomodulaattoria, jolla muokattiin huolellisesti lasersäteen vaihetta, jotta se voisi matemaattisesti täyttää itsekuvantamisen edellytykset. He loivat säteen, joka epätarkentuu kulkiessaan pois lähtötasosta, tarkentuu uudelleen terävään pisteeseen valitulla etäisyydellä ja toistaa tämän syklin useita kertoja vapaassa tilassa.

He osoittivat, että vaikutus ei toimi vain yhdessä pisteessä, vaan monenlaisissa strukturoiduissa palkeissa, mukaan lukien donitsinmuotoiset, useiden pisteiden ryhmät ja eksoottisemmat kuviot.

”Täysin ohjelmoitava itsekuvantamisalustamme voi löytää sovelluksia monilla eri aloilla, aina laajamittaisista neutraaleihin atomeihin perustuvista kvanttitietokoneista samanaikaiseen monitasomikroskopiaan”, Yessenov sanoi.

Tiimin seuraava tavoite on siirtää uudet, muotoillut valonsäteet metapinnoille, ultraohuille nanorakenteisille optisille elementeille, jotka pystyvät ylläpitämään hienostuneen valonhallinnan ja jotka voidaan valmistaa mikrosirujen tavoin.

Aiheesta aiemmin:

Fyysikot luovat aikakäänteisiä optisia aaltoja

Valonhallintaa monimutkaisilla taajuusherätteillä

Metapintoja tuplana ja kierteellä