Las singularidades ópticas se pueden utilizar para una amplia variedad de aplicaciones, desde imágenes de alta resolución hasta adaptaciones ópticas.

La sección transversal de la hoja única diseñada en forma de corazón. El área oscura extendida en la imagen central es una sección transversal de la hoja de singularidad. La etapa no se especifica en la hoja de singularidad. Crédito: Daniel Lim / Harvard SEAS

Cuando pensamos en singularidades, tendemos a pensar en agujeros negros supermasivos en galaxias distantes o en un futuro lejano con inteligencia artificial desenfrenada, pero las singularidades están a nuestro alrededor. Las singularidades son simplemente un lugar donde algunos parámetros no están definidos. El Polo Norte y el Polo Sur, por ejemplo, son lo que se conoce como singularidades coordinadas porque no tienen una longitud definida.


Las singularidades ópticas suelen ocurrir cuando una fase Luz No se especifica la longitud de onda o el color especificados. Estas áreas aparecen completamente oscuras. Hoy en día, se están explorando algunas singularidades ópticas, incluidos los vórtices ópticos, para su uso en comunicaciones ópticas y manipulación de partículas, pero los científicos apenas están comenzando a comprender el potencial de estos sistemas. La pregunta sigue siendo: ¿podemos aprovechar la oscuridad como aprovechamos la luz para construir nuevas tecnologías poderosas?

Ahora, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson han desarrollado un nuevo método para controlar y Formulario Singularidades visuales. Esta técnica se puede utilizar para diseñar singularidades de muchas formas, más allá de simples líneas rectas o curvas. Para demostrar su método, los investigadores crearon un artículo de singularidad en forma de corazón.

“Las técnicas holográficas convencionales son buenas para dar forma a la luz, pero luchan por dar forma a la oscuridad”, dijo Federico Capasso, profesor de física aplicada Robert L. Wallace y miembro de Fenton Hayes en ingeniería eléctrica en SEAS y autor principal de la investigación. “Hemos demostrado la ingeniería de singularidad bajo demanda, que abre una amplia gama de posibilidades en campos a gran escala, desde técnicas de microscopía de ultra resolución hasta nuevas trampas atómicas y de partículas”.

La búsqueda fue publicada en Conexiones con la naturaleza.

arnés del lado oscuro

El procedimiento de ingeniería de singularidad también se ha aplicado para crear singularidades más exóticas, como la hoja de polarización de singularidad. Aquí, las propiedades de polarización (como el acimut de polarización, el ángulo del elipsoide y la intensidad) de un campo de luz estructurado empíricamente se comparan con predicciones numéricas. Crédito: Daniel Lim / Harvard SEAS

Capasso y su equipo utilizaron superficies planas con diminutos nanopilares para formar las singularidades.

“La metasuperficie inclina el frente de onda de luz de una manera tan precisa sobre una superficie que el patrón de interferencia de la luz transmitida produce regiones extendidas de oscuridad”, dijo Daniel Lim, estudiante graduado de SEAS y primer autor del artículo de investigación. “Este enfoque nos permite diseñar áreas oscuras con gran precisión”. alto contraste. “

Las singularidades diseñadas se pueden utilizar para atrapar átomos en regiones oscuras. Estas singularidades también pueden mejorar las imágenes de ultra alta resolución. Si bien la luz solo puede enfocarse en regiones de aproximadamente la mitad de una longitud de onda (el límite de difracción), la oscuridad no tiene límite de guiñada, lo que significa que se puede localizar en cualquier tamaño. Esto permite que la oscuridad interactúe con partículas en escalas de longitudes de onda mucho más pequeñas que la luz. Esto se puede utilizar para proporcionar información no solo sobre el tamaño y la forma de las partículas, sino también sobre su orientación.

Las singularidades diseñadas pueden extenderse más allá de las ondas de luz a otros tipos de ondas.

“También puede diseñar zonas muertas en ondas de radio o zonas silenciosas en ondas de sonido”, dijo Lim. “Esta investigación indica la posibilidad de diseñar topologías complejas en física de ondas distintas de la óptica, desde haces de electrones hasta acústica”, dijo Lim.

La Oficina de Desarrollo Tecnológico de la Universidad de Harvard ha protegido la propiedad intelectual relacionada con este proyecto y está explorando oportunidades de comercialización.


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más información:
Pronto Wei Daniel Lim et al., Papeles de polarización y unicidad de fase geométrica, Conexiones con la naturaleza (2021). DOI: 10.1038 / s41467-021-24493-y

La frase: Las singularidades ópticas se pueden utilizar para una amplia gama de aplicaciones, desde imágenes de alta resolución hasta captura óptica (2021, 13 de julio). Recuperado el 13 de julio de 2021 de https://phys.org/news/2021-07-optical-singularities -wide-range -applications.html

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