1.8 C
Brüssel
Samstag, Dezember 3, 2022

Die dunkle Seite nutzbar machen: Optische Singularitäten könnten für eine Vielzahl von Anwendungen genutzt werden

HAFTUNGSAUSSCHLUSS: Die in den Artikeln wiedergegebenen Informationen und Meinungen sind die derjenigen, die sie angeben, und es liegt in ihrer eigenen Verantwortung. Die Veröffentlichung in der European Times bedeutet nicht automatisch die Billigung der Meinung, sondern das Recht, sie zu äußern.

Juan Sánchez Gil
Juan Sánchez Gil
Juan Sanchez Gil – bei The European Times News – Meistens in den hinteren Reihen. Berichterstattung zu Fragen der Unternehmens-, Sozial- und Regierungsethik in Europa und international mit Schwerpunkt auf Grundrechten. Auch denjenigen eine Stimme geben, denen die allgemeinen Medien nicht zuhören.

Mehr vom Autor

Heart Shaped Phase Singularity Sheet 777x267 1 - Die dunkle Seite nutzbar machen: Optische Singularitäten könnten für eine Vielzahl von Anwendungen genutzt werden

Querschnitt des entworfenen herzförmigen Phasensingularitätsblattes. Der ausgedehnte dunkle Bereich im mittleren Bild ist ein Querschnitt der Singularitätsschicht. Die Phase ist auf dem Singularitätsblatt undefiniert. Bildnachweis: Daniel Lim/Harvard SEAS

Wenn wir an Singularitäten denken, denken wir eher an massive Schwarze Löcher in fernen Galaxien oder an eine ferne Zukunft mit außer Kontrolle geratener KI, aber Singularitäten sind überall um uns herum. Singularitäten sind einfach ein Ort, an dem bestimmte Parameter undefiniert sind. Der Nord- und Südpol zum Beispiel sind sogenannte Koordinaten-Singularitäten, weil sie keinen definierten Längengrad haben.

Optische Singularitäten treten typischerweise auf, wenn die Phase von Licht mit einer bestimmten Wellenlänge oder Farbe undefiniert ist. Diese Regionen erscheinen vollständig dunkel. Heute werden einige optische Singularitäten, einschließlich optischer Wirbel, für den Einsatz in der optischen Kommunikation und Partikelmanipulation erforscht, aber Wissenschaftler beginnen gerade erst, das Potenzial dieser Systeme zu verstehen. Die Frage bleibt – können wir die Dunkelheit so nutzen, wie wir das Licht genutzt haben, um mächtige, neue Technologien zu entwickeln?

Jetzt haben Forscher der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) eine neue Methode entwickelt, um optische Singularitäten zu kontrollieren und zu formen. Die Technik kann verwendet werden, um Singularitäten vieler Formen zu erzeugen, die weit über einfache gekrümmte oder gerade Linien hinausgehen. Um ihre Technik zu demonstrieren, erstellten die Forscher ein Singularitätsblatt in Form eines Herzens.

Polarisationseigenschaften 777x574 1 - Nutzung der dunklen Seite: Optische Singularitäten könnten für eine Vielzahl von Anwendungen genutzt werden

Das Singularitäts-Engineering-Verfahren wurde auch angewendet, um exotischere Singularitäten zu erzeugen, wie z. B. ein Polarisationssingularitätsblatt. Hier werden die Polarisationseigenschaften (z. B. Polarisationsazimut, Elliptizitätswinkel und Intensität) des experimentellen strukturierten Lichtfeldes mit den numerischen Vorhersagen verglichen. Bildnachweis: Daniel Lim/Harvard SEAS

„Herkömmliche Holographietechniken sind gut darin, Licht zu formen, haben aber Schwierigkeiten, die Dunkelheit zu formen“, sagte Federico Capasso, Robert L. Wallace-Professor für Angewandte Physik und Vinton Hayes Senior Research Fellow für Elektrotechnik am SEAS und leitender Autor des Artikels. „Wir haben On-Demand-Singularitäts-Engineering demonstriert, das eine Vielzahl von Möglichkeiten in weitreichenden Bereichen eröffnet, von superauflösenden Mikroskopietechniken bis hin zu neuen Atom- und Teilchenfallen.“

Die Forschung wird veröffentlicht in Nature Communications.

Capasso und sein Team verwendeten flache Metaoberflächen mit präzise geformten Nanosäulen, um die Singularitäten zu formen.

„Die Metaoberfläche kippt die Wellenfront des Lichts auf sehr präzise Weise über eine Oberfläche, sodass das Interferenzmuster des durchgelassenen Lichts ausgedehnte Bereiche der Dunkelheit erzeugt“, sagte Daniel Lim, Doktorand bei SEAS und Erstautor der Arbeit. „Dieser Ansatz ermöglicht es uns, dunkle Regionen mit bemerkenswert hohem Kontrast präzise zu konstruieren.“

Metaoberflächen Nanosäulen Nanoflossen - Die dunkle Seite nutzbar machen: Optische Singularitäten könnten für eine Vielzahl von Anwendungen genutzt werden

Metaoberflächen, das sind nanostrukturierte Oberflächen, die Formen wie Nanosäulen (links) und Nanoflossen (rechts) enthalten, wurden verwendet, um diese Singularitätsstrukturen experimentell zu realisieren. Das obige Bild zeigt rasterelektronenmikroskopische Bilder von Titandioxid-Nanostrukturen, die verwendet wurden, um die Wellenfront des Lichts bei der Herstellung der Singularitätsblätter präzise zu formen. Bildnachweis: Daniel Lim/Harvard SEAS

Manipulierte Singularitäten könnten verwendet werden, um Atome in dunklen Regionen einzufangen. Diese Singularitäten könnten auch die superhochauflösende Bildgebung verbessern. Während Licht nur auf Bereiche mit einer Größe von etwa einer halben Wellenlänge (der Beugungsgrenze) fokussiert werden kann, hat die Dunkelheit keine Beugungsgrenze, was bedeutet, dass sie auf jede Größe lokalisiert werden kann. Dies ermöglicht es der Dunkelheit, mit Partikeln über Längenskalen zu interagieren, die viel kleiner sind als die Wellenlängen des Lichts. Dies könnte verwendet werden, um nicht nur Informationen über die Größe und Form der Partikel, sondern auch über ihre Orientierung zu liefern.

Manipulierte Singularitäten könnten sich über Lichtwellen hinaus auf andere Arten von Wellen erstrecken.

„Man kann auch tote Zonen in Radiowellen oder stille Zonen in akustischen Wellen konstruieren“, sagte Lim. „Diese Forschung weist auf die Möglichkeit hin, komplexe Topologien in der Wellenphysik jenseits der Optik zu entwerfen, von Elektronenstrahlen bis zur Akustik.“

Referenz: „Engineering Phase and Polarization Singularity Sheets“ von Soon Wei Daniel Lim, Joon-Suh Park, Maryna L. Meretska, Ahmed H. Dorrah und Federico Capasso, 7. Juli 2021, Nature Communications.
DOI: 10.1038 / s41467-021-24493-y

Das Harvard Office of Technology Development hat das geistige Eigentum in Bezug auf dieses Projekt geschützt und untersucht Kommerzialisierungsmöglichkeiten.

Die Studie wurde von Joon-Suh Park, Maryna L. Meretska und Ahmed H. Dorrah mitverfasst. Es wurde teilweise vom Air Force Office of Scientific Research unter der Vergabenummer FA9550-19-1-0135 und vom Office of Naval Research (ONR) unter der Vergabenummer N00014-20-1-2450 unterstützt.

- Werbung -
- Werbung -
- Werbung - spot_img

Muss lesen

Neueste Artikel