Controllo della luce su microscala
La scansione laser ad alta velocità ha trovato applicazioni nel monitoraggio di oggetti in movimento, nell’acquisizione di informazioni transitorie in quanto a processi dinamici e in ambito di osservazione della motilità relativa alle biomolecole. Effettuare lo scanning di una vasta area in breve periodo è anche essenziale negli studi atmosferici, le indagini geologiche e altre attività simili. Sono state proposte diverse tecniche che consentono velocità di scansione più elevate. Per esempio, sono stati utilizzati gli specchi galvanometrici per l’orientamento del fascio. La velocità di scansione di tali specchi a scansione meccanica è limitata a circa 100 Hz in 2D. Tuttavia, le tecniche interamente ottiche basate su deflettori acusto-ottici hanno raggiunto una risoluzione di pochi micrometri. Nel progetto REALTIMEIMAGING (Real time imaging with near field focusing plates), finanziato dall’UE, i ricercatori hanno rivolto i propri sforzi su dispositivi digitali con microspecchi (digital micro-mirror devices, DMD). Tale tecnologia è particolarmente adatta per l’immaginografia in tempo reale, poiché fornisce una controllabilità eccezionale su migliaia di microspecchi relativi a sistemi microelettromeccanici (microelectromechanical system, MEMS). Deviando la luce a livello spaziale attraverso sistemi di microspecchi, i ricercatori sono stati in grado di utilizzare i DMD come modulatori di luce riflettenti digitali. Tali dispositivi hanno fornito una velocità di scansione 2D fino a 32,5 kHz per una vasta gamma di lunghezze d’onda e un’efficienza di diffrazione due volte più elevata rispetto alla tecnologia dei display a cristalli liquidi comunemente utilizzati. I DMD sono stati utilizzati anche nei sistemi di immaginografia a dispersione, ma la loro efficienza relativamente bassa in quanto a energia pone delle limitazioni a livello di prestazioni. Il team REALTIMEIMAGING ha cercato un’alternativa per la manipolazione di fase con sub-lunghezza d’onda per il controllo della luce su microscala riguardo alle metasuperfici lacuna-plasmone (gap-plasmon metasurfaces, GPM). I ricercatori hanno realizzato un reticolo GPM operante a 1 550 nm per sostituire le griglie esistenti nei sistemi di immaginografia a dispersione. L’efficienza energetica di questo schema di celle unitarie risulta essere del 75,6 %, e la risoluzione ottenuta quando viene incorporato nel sistema di immaginografia a dispersione arriva a 300 μm. La manipolazione delle sub-lunghezze d’onda del fronte d’onda, alla lunghezza d’onda infrarossa, apre le porte a una vasta gamma di applicazioni di telecomunicazioni. Questo avviene in particolare poiché il dispositivo proposto è planare, e può quindi essere facilmente integrato con altri componenti, una proprietà chiave per la futura miniaturizzazione dei sistemi complessi. D’altra parte, le configurazioni MEMS a microspecchio per l’orientamento del fascio mediante singola regolazione degli angoli relativi allo specchio sono infatti già state utilizzate per realizzare un’area di imaging di 5 mm x 5 mm in 50 ns di tempo. I particolari sono descritti in un articolo pubblicato nel Journal of Micro- and Nano-manufacturing.
Parole chiave
Sub-lunghezza d’onda, immaginografia, scansione laser, REALTIMEIMAGING, dispositivi digitali a microspecchi, MEMS
