Banknoter och kreditkort kan snart innehålla förbättrade hologram mot förfalskning tack vare en "foton-sikt" som utvecklats av A*STAR-forskare och medarbetare.

Hologram innehåller komplexa, tredimensionell bildinformation som gör dem svåra – men inte omöjliga – att förfalska. Ett sätt att förbättra deras säkerhet är genom att använda sofistikerade enheter som förbättrar holografisk upplösning. Nanofotoniska enheter distribuerar uppsättningar av ljusspridande pixlar i nanoskala som kodar för ytterligare lager av information genom optiska "nära fält"-interaktioner mellan lasrar och pixlarna.

Nyligen, Forskare har visat att hål i nanoskala huggen i tunna metallplåtar är effektiva ljusspridande pixlar. Förvånande, när dessa nanohål ordnas slumpmässigt, istället för periodvis, det genererade hologrammet blir mer enhetligt. Designa enheter med slumpmässigt anordnade komponenter, dock, är tekniskt utmanande, eftersom parametrar som nanohålsradie och avstånd kan variera över ett brett spektrum av värden.

För att övervinna dessa hinder, Jinghua Teng från A*STAR Institute of Materials Research and Engineering och kollegor tog fram en teoretisk metod som dekonstruerar det komplexa diffrakterade fältet från ett enda nanohål till enkla analytiska uttryck som kan lösas exakt. Genom att lägga ihop lösningarna, de kan beräkna lokalt, specificerade elektriska fält istället för att förbruka betydande beräkningsresurser för att numeriskt simulera hela den nanofotoniska matrisen.

Forskarna vände sig till genetiska algoritmer för att effektivt ordna hålen i ett fotonsiktarrangemang. Genom att para upprepade gånger, korsning, och muterande "kromosomer" som innehåller olika "gener" - etiketter av olika nanohålstorlekar och -positioner - utvecklas ett aperiodiskt mönster som optimerar holografisk ljuskontroll baserat på de förenklade elektriska fältberäkningarna.

Nästa, teamet använde elektronstrålelitografi för att förvandla sin design till en praktisk enhet genom att etsa över 34, 000 aperiodiska nanohål i en tunn kromfilm (se bild). Den resulterande prototypen ökade diffraktionseffektiviteten med nästan 50 procent jämfört med konventionella nanofotoniska enheter med bildupplösning hundratals gånger bättre. Vanliga holografiska fel eller "artefakter" som tvillingbilder eliminerades också genom denna teknik.

"Holografiska bilder av hög kvalitet är lovande för applikationer som förfalskning, optisk kryptering och bärbart informationsidentifieringssystem, säger Teng. Till exempel, det kan användas för att motverka förfalskning i sedlar, med sin ultrakompakta storlek, hög kvalitet, och även holografier på flera nivåer."

Forskarna demonstrerade en annan tillämpning av deras tillvägagångssätt genom att designa ett 'superfokuseringssystem' som kan lösa föremål som är mindre än ljusets våglängd. Med nanohålen arrangerade i koncentriska ringar, fotonsiktlinsen fokuserar ljus ner till fläckar bara 200 nanometer breda - skalor som är användbara för biologisk avbildning och optiska manipulationer.