Forskere bruger flere lasere til at skabe reproducerbare sammenhængende lysstrukturer på bølgelængdeniveau

Forskere fra Japan har brugt teoretiske beregninger til at modellere den optiske strålingskraftfordeling induceret af et arbitralt lysmønster inklusive et interferensmønster. Baseret på simuleringerne var de i stand til at fremstille strukturer i nanostørrelse i array, der kan føre til nye optiske enheder, såsom chiralitetssensorer.

Evnen til at manipulere fysiske objekter, såsom rumfartøjer, med lysstråler har været en fast bestanddel af science fiction-romaner og tv-shows. Men på grund af dets anvendelighed til fremstilling og håndtering af nanoteknologiske enheder, har videnskabsmænd arbejdet på at gøre det til en realitet, omend i meget mindre skalaer. Optiske array-strukturer kan dannes af flere laserimpulser, men reproducerbarheden forringes baseret på fluktuationer i laserens positionering og effekt. En mere pålidelig metode er nødvendig for at skabe ethvert ønsket lille mønster.

Nu viste et team af forskere fra Institute of Laser Engineering ved Osaka University optisk strålingskraftfordeling induceret af et interferensmønster skabt af flere lasere affyret på samme tid kan beregnes ved hjælp af computersimuleringer. Dette gør det muligt at fremstille reproducerbare sammenhængende strukturer nøjagtigt på bølgelængdeniveauet. Under de lette strukturer blev det optiske strålingstryk beregnet ved hjælp af et cylindrisk koordinatsystem, men ved at rekonstruere simuleringskoden ved hjælp af et kartesisk koordinatsystem var holdet i stand til at håndtere enhver given lysintensitetsfordeling.

"Simulering af den optiske strålingstrykfordeling i et dielektrikum bestrålet med et vilkårligt lysintensitetsmønster er nu muligt," siger Yoshiki Nakata, førsteforfatter til undersøgelsen offentliggjort i Scientific Reports .

Som en illustration blev optiske strålingskraftfordelinger til fremstilling af en enhed med chirale-eller spiralformede funktioner simuleret. En chiral struktur kan dannes af den optiske strålingskraft induceret ved hjælp af cirkulært polariseret lys. Disse strukturer forventes at blive brugt til lysstyringsanordninger og molekylær chiralitetsdetektionsanordninger. I dette tilfælde opsplittede et diffraktivt optisk element en enkelt cirkulært polariseret laser i enten fire eller seks kohærente stråler, som derefter interfererede med hinanden for at producere det endelige mønster.

Simuleringer af den optiske strålingskraftfordeling skabt af interferensmønsteret blev udført for at klarlægge betingelserne for dannelsen af ​​chirale strukturer i array. "I overensstemmelse med vores teoretiske beregninger kunne et 6-stråle interferensmønster skabe chirale strukturer, men et 4-stråle interferensmønster kunne ikke," siger forfatter Yuki Kosaka.

Ud over chirale strukturer fremstillet på denne måde, kan lignende interferensmønstre også bruges til at skabe andre todimensionelle eller tredimensionelle nano-periodiske strukturer. + Udforsk yderligere

Differentiering af højre- og venstrehåndede partikler ved hjælp af kraften fra lyset