Les chercheurs ont développé un nouveau dispositif basé sur la métasurface qui peut produire plusieurs images holographiques distinctes en fonction du milieu environnant et de la longueur d’onde de la lumière utilisée. La capacité de stocker des informations qui ne peuvent être récupérées qu’avec le bon jeu de clés, comme une certaine longueur d’onde lumineuse combinée à des conditions humides, pourrait être développée davantage pour concevoir des dispositifs de chiffrement simples mais efficaces.
« Nos nouvelles métasurfaces donnent une lecture immédiate et simple de l’environnement entourant la surface de l’appareil », a déclaré le chef de l’équipe de recherche Andrea Di Falco de l’Université de St. Andrews au Royaume-Uni. « En plus des applications de cryptage, cela pourrait être utilisé comme un capteur d’humidité ou dans le cadre de systèmes biomédicaux basés sur la lumière plus complexes. »
Dans Optique Express, les chercheurs présentent un appareil qui révèle un papillon holographique avec une lumière de 705 nm dans des conditions sèches et une chenille lorsque la lumière de 750 nm est combinée avec des conditions humides. Lorsqu’une lumière de 660 nm est utilisée dans des conditions sèches, les deux images sont visibles. La réponse sélective des métasurfaces peut être adaptée pour fonctionner avec diverses conditions préprogrammées.
« Nos dispositifs holographiques contribuent à l’effort mondial visant à développer la physique et les applications des métasurfaces photoniques, qui sont l’un des outils photoniques les plus polyvalents à la disposition des chercheurs pour coder et manipuler des informations à l’aide de la lumière », a déclaré Di Falco.
Métasurfaces multifonctionnelles
Le nouveau travail fait partie des efforts continus de l’équipe Di Falco pour développer des métasurfaces photoniques qui fonctionnent dans la gamme visible et peuvent être utilisées pour des applications biomédicales, qui impliquent souvent des environnements humides.
« Les métasurfaces holographiques sont particulièrement intéressantes car elles peuvent être utilisées pour fournir des informations complexes en produisant des images qui peuvent être immédiatement interprétées, sans avoir besoin de couches supplémentaires », a déclaré Di Falco. « Nous sommes particulièrement intéressés par l’intégration de différentes fonctionnalités photoniques dans un seul appareil. »
Les métasurfaces holographiques peuvent créer des images détaillées qui dépendent des propriétés de la lumière qu’elles réfléchissent ou transmettent. Pour créer des métasurfaces holographiques qui encodent plus d’une image, les chercheurs ont utilisé deux types de méta-atomes, qui agissent comme des pixels. Un type de méta-atome ne réfléchit que la lumière d’une longueur d’onde spécifique dans des conditions sèches, tandis que l’autre a une réflectivité élevée uniquement lorsqu’une longueur d’onde différente est utilisée dans des conditions humides.
« Nous avons conçu une géométrie de méta-atome résonnant relativement simple qui améliore la réponse de la métasurface holographique aux conditions environnementales », a déclaré Di Falco. « C’est un moyen efficace d’utiliser l’indice de réfraction du milieu environnant comme un degré de liberté supplémentaire qui permet le multiplexage des informations codées dans la métasurface. »
Démonstration d’images distinctes
Les chercheurs ont évalué la réponse des métasurfaces holographiques en mesurant quantitativement leur efficacité pour différentes longueurs d’onde dans l’air et dans l’eau. Les métasurfaces ont produit un très bon contraste entre les images, avec peu de diaphonie. En d’autres termes, une seule image était visible pour chaque ensemble de paramètres, ce qui démontrait un codage des informations à deux niveaux.
Ensuite, les chercheurs prévoient d’augmenter la sélectivité des méta-atomes pour créer des métasurfaces qui distinguent différents milieux qui ont des propriétés optiques très similaires. Cela pourrait être utilisé pour créer des capteurs holographiques qui produisent des images différentes lorsqu’ils sont exposés à différentes concentrations d’une substance particulière.
Libin Yan et al, Manipulation à deux niveaux des informations holographiques, Optique Express (2022). DOI : 10.1364/OE.456843