Wissenschaftler der Samara-Universität haben zusammen mit Kollegen der Russischen Akademie der Wissenschaften eine neue Methode zur Schaffung optischer Elemente entwickelt, mit denen Geräte zur Datenübertragung durch einen Laserstrahl in der Atmosphäre und biomedizinische Geräte verbessert werden können. Die Forschungsergebnisse werden in Optics Express veröffentlicht.
Russische Wissenschaftler haben einen neuen Ansatz zur Konstruktion von Metaoberflächen entwickelt, auf dessen Grundlage optische Elemente für Geräte erstellt werden können, mit denen die Polarisation und Phase elektromagnetischer Wellen gesteuert werden können, sowie Lichtfelder mit bisher unerforschten Eigenschaften, einschließlich einzigartiger Laserstrahlen.
„Wir haben ein optisches Element entwickelt, das auf einer Metaoberfläche basiert, und dessen effizienten Betrieb demonstriert: die gleichzeitige Bildung und Fokussierung eines speziellen Laserstrahls mit einer Wirbelpolarisationsstruktur. Im Fokus eines solchen Strahls breitet sich die Lichtenergie teilweise zur Quelle aus, was bei der Fokussierung klassischer Laserstrahlen unmöglich ist “, kommentierte der Autor der Studie, außerordentlicher Professor am Institut für Technische Kybernetik der Samara-Universität Dmitry Savelyev.
Der Wissenschaftler stellte auch fest, dass Metaoberflächen höherer Ordnung einen großen Gesamtenergierückfluss liefern. Das heißt, Laserstrahlen, die durch polarisierende Elemente gebildet werden, sind beständig gegen Interferenzen, die durch die Übertragung von Informationen in verschiedenen turbulenten Medien, beispielsweise in der Erdatmosphäre, entstehen.
Der Wissenschaftler erklärte, dass die realisierten Metaoberflächen die Schaffung neuer Arten von optischen Fallen ermöglichen. Sie arbeiten wie ein Staubsauger: Der Rückfluss von Energie in der Nähe der optischen Achse zwingt die Partikel, sich in Richtung der Quelle zu bewegen.
Darüber hinaus ist es Experten zufolge durch die Kombination eines Polarisators mit einem Fokussierungselement in einem Element möglich, einen großen Energierückfluss nahe der optischen Achse zu erzeugen. Dies wird dazu beitragen, die optische Pinzette, das Laserschneiden und -gravieren in Biologie, Medizin und Materialhandhabung zu verbessern und die Anzahl der optischen Elemente in Geräten zu verringern.
„Die Polarisationssteuerung ermöglicht die Erzeugung von Lichtfeldern mit neuen Eigenschaften. Durch Ändern der Struktur des Laserstrahls können Sie die Art des Aufpralls auf das Objekt ändern. Dies ist sehr wichtig für das Laserschneiden und Gravieren bei der Verarbeitung von Materialien “, sagte Dmitry Saveliev.
