Ученые-физики из Гарвардской школы технических и прикладных наук (Harvard School of Engineering and Applied Sciences, SEAS) продемонстрировали возможность управления интенсивностью, фазой и поляризацией лучей света с помощью устройства, напоминающего голограмму с нанесенными в определенном порядке на ее поверхность наноразмерными структурами.

В качестве доказательств работоспособности использованных принципов исследователи создали необычное состояние луча света, называемое радиально поляризованным лучом.

Благодаря тому, что радиально поляризованный луч, в силу своих свойств, может быть сфокусирован до крайне малых размеров, он может быть использован в литографических процессах с высокой разрешающей способностью, в качестве оптического пинцета, способного захватывать, удерживать и передвигать крошечные частицы, размером с вирус.

В данном достижении не было бы ничего экстраординарного, если бы не то, что созданное учеными устройств является первым устройством в мире, позволяющим управлять сразу тремя основными характеристиками луча света, фазой, поляризацией и интенсивностью.

«Сотрудники нашей лаборатории уже давно работают над нанотехнологиями, которые позволяют "играть» со светом« – рассказывает Патрис Женеве (Patrice Genevet), научный сотрудник SEAS, – "В своих последних исследованиях мы использовали голографию совершенно новым способом, который, благодаря использованию нанотехнологий, позволяет творить со светом всевозможные "чудеса» с помощью различных наноструктур, размеры которых меньше длины волны света".

Используя специальную поверхность с наноструктурами, расположенными особым образом, гарвардские исследователи преобразовали луч совершенно обычного лазерного света в радиально поляризованный луч. При этом, технология оказалась полностью работоспособной в диапазоне видимого света и в части диапазона инфракрасного света.

«Когда луч света поляризуется радиальным образом, колебания электромагнитных волн направлены наружу из центра луча как спицы велосипедного колеса» – рассказывает Патрис Женеве, – «В разрезе этот необычный луч света выглядит как очень яркое кольцо света с темным пятном посередине».

Новое оптическое устройство весьма напоминает плоскую голограмму, но на его поверхности создан некий невидимый наноструктурированный образ. Видимый свет, длина волны которого измеряется сотнями нанометров, взаимодействует с наноструктурами образом, совершенно отличным от его взаимодействия с простыми поверхностями или структурами масштаба микрометров и больше.

Используя эффекты необычного взаимодействия света и наноструктур можно создать практически любой «интерфейс», выполняющий определенные преобразования луча света.

Следует заметить, что

создание таких наноголограмм стало возможным только в последнее время благодаря разработке методов высокоточного нано-производства в чрезвычайно высокой разрешающей способностью и мощнейшего специализированного программного обеспечения, позволяющего рассчитать эффекты взаимодействия света с наноструктурами и создать рисунок расположения наноструктур на поверхности устройства.

«Теперь мы можем управлять сразу всеми параметрами света с помощью одного устройства. Это огромный шаг в направлении миниатюризации оптических приборов, ведь раньше мы были вынуждены использовать отдельное устройство для управления каждым параметром луча света» – рассказывает Женеве.

Следующими шагами, которые будут предпринимать ученые, станут создание более сложных поляризационных нано-голограмм и увеличение эффективности их работы. После этого можно будет задумываться всерьез о применении таких голограмм в самых различных областях, начиная от научного оборудования, вычислительной техники и заканчивая системами безопасности и ограничения доступа.