Raffiche rapide di luce laser, che durano meno di un miliardesimo di secondo, sono utilizzate oggi in una vasta gamma di applicazioni. Questi impulsi laser ultracorti hanno permesso agli scienziati di osservare le reazioni chimiche in tempo reale, visualizzare delicati campioni biologici, costruire nanostrutture precise e inviare comunicazioni ottiche a lunga distanza e ad alto bitrate.
Ma qualsiasi applicazione di impulsi laser ultracorti nello spettro visibile deve superare una difficoltà fondamentale: la luce rossa viaggia più velocemente della luce blu attraverso materiali trasparenti come il vetro. Quindi, quando un impulso laser ultracorto passa attraverso una lente di vetro, le lunghezze d'onda della luce si separano, distruggendo l'utilità del raggio.
Questo problema di dispersione cromatica ha afflitto i ricercatori ottici per decenni. Oggi, la maggior parte delle soluzioni coinvolge componenti aggiuntivi che aumentano le dimensioni e la massa dei dispositivi ottici.
Ora, i ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), in collaborazione con la Graz University of Technology, hanno sviluppato un rivestimento in silicio che, se applicato sulla superficie di una lente di vetro, può contrastare gli effetti della dispersione.
"Il nostro approccio flessibile può essere rapidamente implementato in ottica convenzionale e configurazioni ottiche ed essere adattato a diverse regioni spettrali e applicazioni", ha affermato Federico Capasso, Robert Wallace Professor of Applied Physics e Vinton Hayes Senior Research Fellow in Electrical Engineering presso SEAS e autore senior dello studio.
Il rivestimento ultrasottile utilizza pilastri in silicio progettati con precisione che catturano e trattengono brevemente la luce rossa prima di riemetterla. Questa sospensione temporanea consente alla luce blu che si muove più lentamente di recuperare.
"Il nostro rivestimento contrasta gli effetti dispersivi dei materiali trasparenti, agendo come un dosso di velocità per la luce rossa e facendo la media della velocità di ogni lunghezza d'onda della luce", ha spiegato Marcus Ossiander, ricercatore post-dottorato presso SEAS e primo autore dell'articolo.
I ricercatori hanno testato il rivestimento accorciando gli impulsi laser a solo un paio di quadrilioni di secondo. Il rivestimento in silicio nanopilastro è stato realizzato utilizzando gli stessi strumenti di litografia commerciale dei semiconduttori industriali, semplificando l'applicazione rapida di questi rivestimenti ai componenti ottici esistenti e l'espansione dell'applicabilità degli impulsi laser a femtosecondi.
"Ora, chiunque può acquistare una lente, indossare il rivestimento e utilizzare la lente senza preoccuparsi della dispersione", ha affermato Ossiander. "Questo approccio può essere la base per una serie di ottiche anti, o non, dispersive".