弯曲光线来设计改进的光学器件和电路

电气工程博士生Irfan Khan。图片来源：圣母大学

当光线进入或离开水滴发生弯曲或折射时会形成彩虹。光线的弯曲量取决于光线的颜色，导致白光被分成美丽的光谱。折射率是光学工程师用来控制光的工具之一，它描述了光与物质之间的相互作用。

最近，折射率消失的材料在科学和工程界引起了极大的兴趣。这些材料被称为“epsilon-near-zero”（ENZ）材料，在小物体成像，检测微量目标分子（例如爆炸物，有毒化学物质，污染物）以及实现新一代光学器件和电路方面具有广阔的前景。

圣母大学的一个团队与德克萨斯大学奥斯汀分校，康奈尔大学和马萨诸塞州Lowell大学的研究人员合作，展示了如何设计ENZ材料的光学特性以改进光学器件。他们的工作使用了许多与大功率电子行业中使用的相同的材料，未来有可能将这种新颖的光学行为集成到光学器件中。

光学器件产生、操纵或测量电磁辐射，即可见光和不可见光。眼镜和照相机镜头，显微镜和望远镜，激光器，发光二极管和太阳能电池是开发用于帮助观察和感知世界的常见光学器件的示例。这些器件中的每一个都以不同的方式利用折射率。

该小组在《Optics Express》上发表的最新论文中分享了其结果。

电气工程博士生、论文的主要作者Irfan Khan说：“许多分子在中红外光谱区域具有振动模式，这些振动可以被用来检测它们。我们使用ENZ材料耦合到一种特殊的光学模式，即Berreman模式，以设计目前工业上使用的半导体材料的特定光学响应。”

电气工程与项目负责人副教授Anthony Hoffman说，使用半导体材料设计这些新颖的光学模式是将ENZ材料整合到未来的光学器件和电路中的关键步骤。

“ ENZ材料易于获得，易于制造并且在很小的规模上即可良好运行的事实也使它们成为各种应用的理想选择。