A capacidade de controlar com precisão as várias propriedades da luz laser é crítica para grande parte da tecnologia que usamos hoje, de headsets comerciais de realidade virtual (VR) a imagens microscópicas para pesquisa biomédica. Muitos dos sistemas a laser de hoje dependem de dispositivos separados, componentes rotativos para controlar o comprimento de onda, forma e potência de um feixe de laser, tornando esses dispositivos volumosos e difíceis de manter.

Agora, pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson desenvolveram uma única metassuperfície que pode ajustar com eficácia as diferentes propriedades da luz laser, incluindo comprimento de onda, sem a necessidade de componentes ópticos adicionais. A metassuperfície pode dividir a luz em vários feixes e controlar sua forma e intensidade de forma independente, forma precisa e com baixo consumo de energia.

A pesquisa abre as portas para sistemas ópticos leves e eficientes para uma gama de aplicações, de detecção quântica a fones de ouvido VR / AR.

"Nossa abordagem abre caminho para novos métodos para projetar a emissão de fontes ópticas e controlar funções múltiplas, como foco, hologramas, polarização, e modelagem de feixe, em paralelo em uma única metassuperfície, "disse Federico Capasso, Robert L. Wallace Professor de Física Aplicada e Vinton Hayes Pesquisador Sênior em Engenharia Elétrica na SEAS e autor sênior do artigo.

A pesquisa foi publicada recentemente em Nature Communications .

O laser sintonizável tem apenas dois componentes - um diodo laser e uma metassuperfície reflexiva. Ao contrário das metasuperfícies anteriores, que dependia de uma rede de pilares individuais para controlar a luz, esta superfície usa as chamadas supercélulas, grupos de pilares que trabalham juntos para controlar diferentes aspectos da luz.

Quando a luz do diodo atinge as supercélulas na metassuperfície, parte da luz é refletida de volta, criando uma cavidade de laser entre o diodo e a metassuperfície. A outra parte da luz é refletida em um segundo feixe independente do primeiro.

"Quando a luz atinge a metassuperfície, cores diferentes são desviadas em direções diferentes, "disse Christina Spägele, um estudante de pós-graduação na SEAS e primeiro autor do artigo. "Conseguimos aproveitar este efeito e projetá-lo de forma que apenas o comprimento de onda que selecionamos tenha a direção correta para entrar de volta no diodo, permitindo que o laser opere apenas naquele comprimento de onda específico. "

Para mudar o comprimento de onda, os pesquisadores simplesmente movem a metassuperfície em relação ao diodo laser.

"O design é mais compacto e simples do que os lasers ajustáveis ​​de comprimento de onda existentes, uma vez que não requer nenhum componente rotativo, "disse Michele Tamagnone, ex-bolsista de pós-doutorado no SEAS e co-autor do artigo.

Os pesquisadores também mostraram que a forma do feixe de laser pode ser totalmente controlada para projetar um holograma complexo - neste caso, o complexo, escudo de Harvard com um século de idade. A equipe também demonstrou a capacidade de dividir a luz incidente em três feixes independentes, cada um com propriedades diferentes - um feixe convencional, um vórtice óptico e um feixe conhecido como feixe de Bessel, que se parece com um alvo e é usado em muitas aplicações, incluindo pinça óptica.

“Além de controlar qualquer tipo de laser, essa capacidade de gerar vários feixes em paralelo e direcionados em ângulos arbitrários, cada um implementando uma função diferente, permitirá muitas aplicações de instrumentação científica a realidade aumentada ou virtual e holografia, "disse Capasso.