Wetenschappers uit Japan hebben theoretische berekeningen gebruikt om de optische stralingskrachtverdeling te modelleren die wordt veroorzaakt door een willekeurig lichtpatroon inclusief een interferentiepatroon. Op basis van de simulaties waren ze in staat om nanostructuren in arrays te fabriceren die kunnen leiden tot nieuwe optische apparaten, zoals chiraliteitssensoren.

Het vermogen om fysieke objecten, zoals ruimtevaartuigen, te manipuleren met lichtstralen is een hoofdbestanddeel van sciencefictionromans en televisieshows. Vanwege het nut ervan bij het fabriceren en hanteren van nanotech-apparaten, hebben wetenschappers er echter aan gewerkt om het te realiseren, zij het op veel kleinere schaal. Optische arraystructuren kunnen worden gevormd door meerdere laserpulsen, maar de reproduceerbaarheid verslechtert op basis van fluctuaties in positionering en vermogen van de laser. Er is een betrouwbaardere methode nodig om elk gewenst klein patroon te maken.

Nu toonde een team van onderzoekers van het Institute of Laser Engineering aan de Osaka University aan dat optische stralingskrachtverdeling, veroorzaakt door een interferentiepatroon gecreëerd door meerdere lasers die tegelijkertijd worden afgevuurd, kan worden berekend met behulp van computersimulaties. Hierdoor kunnen reproduceerbare coherente structuren nauwkeurig op golflengteniveau worden geproduceerd. Onder de lichtstructuren werd de optische stralingsdruk berekend met behulp van een cilindrisch coördinatensysteem, maar door de simulatiecode te reconstrueren met behulp van een Cartesiaans coördinatensysteem, kon het team elke gegeven lichtintensiteitsverdeling aan.

"Het simuleren van de optische stralingsdrukverdeling in een diëlektricum dat wordt bestraald met een willekeurig lichtintensiteitspatroon is nu mogelijk", zegt Yoshiki Nakata, eerste auteur van de studie gepubliceerd in Scientific Reports .

Ter illustratie werden optische stralingskrachtverdelingen gesimuleerd voor de fabricage van een apparaat met chirale of spiraalvormige functies. Een chirale structuur kan worden gevormd door de optische stralingskracht die wordt opgewekt met circulair gepolariseerd licht. Deze structuren zullen naar verwachting worden gebruikt voor apparaten voor lichtregeling en apparaten voor detectie van moleculaire chiraliteit. In dit geval splitste een diffractief optisch element een enkele circulair gepolariseerde laser in vier of zes coherente bundels, die vervolgens met elkaar interfereerden om het uiteindelijke patroon te produceren.

Simulaties van de optische stralingskrachtverdeling gecreëerd door het interferentiepatroon werden uitgevoerd om de voorwaarden voor de vorming van chirale structuren in array te verduidelijken. "In overeenstemming met onze theoretische berekeningen zou een interferentiepatroon met 6 stralen chirale structuren kunnen creëren, maar een interferentiepatroon met 4 stralen niet", zegt auteur Yuki Kosaka.

Naast de op deze manier geproduceerde chirale structuren, kunnen soortgelijke interferentiepatronen ook worden gebruikt voor het creëren van andere tweedimensionale of driedimensionale nanoperiodieke structuren. + Verder verkennen

Onderscheid maken tussen rechts- en linkshandige deeltjes met behulp van de kracht die door licht wordt uitgeoefend