Forskare från Japan har använt teoretiska beräkningar för att modellera den optiska strålningskraftsfördelningen inducerad av ett arbitralt ljusmönster inklusive ett interferensmönster. Baserat på simuleringarna kunde de tillverka strukturer i nanostorlek i array som kan leda till nya optiska enheter, såsom chiralitetssensorer.

Förmågan att manipulera fysiska föremål, som rymdfarkoster, med ljusstrålar har varit en bas i science fiction-romaner och tv-program. Men på grund av dess användbarhet vid tillverkning och hantering av nanotekniska enheter, har forskare arbetat för att göra det till verklighet, om än i mycket mindre skalor. Optiska arraystrukturer kan bildas av flera laserpulser, men reproducerbarheten försämras baserat på fluktuationer i positionering och effekt hos lasern. En mer pålitlig metod behövs för att skapa ett önskat litet mönster.

Nu har ett team av forskare från Institute of Laser Engineering vid Osaka University visat optisk strålningskraftfördelning inducerad av ett interferensmönster som skapats av flera lasrar som avfyras samtidigt kan beräknas med hjälp av datorsimuleringar. Detta gör att reproducerbara koherenta strukturer kan produceras exakt på våglängdsnivån. Under ljusstrukturerna beräknades det optiska strålningstrycket med hjälp av ett cylindriskt koordinatsystem, men genom att rekonstruera simuleringskoden med ett kartesiskt koordinatsystem kunde teamet hantera vilken given ljusintensitetsfördelning som helst.

"Simulering av den optiska strålningstrycksfördelningen i ett dielektrikum som bestrålas med ett godtyckligt ljusintensitetsmönster är nu möjligt", säger Yoshiki Nakata, första författare till studien publicerad i Scientific Reports .

Som en illustration simulerades optiska strålningskraftfördelningar för tillverkning av en enhet med kirala-eller spiralformade egenskaper. En kiral struktur kan bildas av den optiska strålningskraften som induceras med användning av cirkulärt polariserat ljus. Dessa strukturer förväntas användas för ljusstyrningsanordningar och anordningar för detektering av molekylär kiralitet. I det här fallet delar ett diffraktivt optiskt element upp en enda cirkulärt polariserad laser i antingen fyra eller sex koherenta strålar, som sedan interfererade med varandra för att producera det slutliga mönstret.

Simuleringar av den optiska strålningskraftsfördelningen som skapas av interferensmönstret utfördes för att klargöra villkoren för bildandet av kirala strukturer i array. "I överensstämmelse med våra teoretiska beräkningar kunde ett 6-stråleinterferensmönster skapa kirala strukturer, men ett 4-stråleinterferensmönster kunde inte det", säger författaren Yuki Kosaka.

Förutom kirala strukturer som produceras på detta sätt, kan liknande interferensmönster också användas för att skapa andra tvådimensionella eller tredimensionella nanoperiodiska strukturer. + Utforska vidare

Att skilja höger- och vänsterhänta partiklar med hjälp av kraften som utövas av ljus