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利用纳米共振天线捕获和重定向光

2020-9-4 10:54| 发布者: 安之竹| 查看: 102| 评论: 0

摘要: 加利福尼亚州斯坦福,2020年9月1日——斯坦福大学Jennifer Dionne教授实验室的研究人员将超薄硅芯片构造成纳米棒,以共振地捕获光,然后再释放或重定向光。

加利福尼亚州斯坦福,2020年9月1日——斯坦福大学Jennifer Dionne教授实验室的研究人员将超薄硅片构造成纳米,以共振捕获光,然后释放或重定向光。研究人员Mark Lawrence谈到这种可以随意减慢和引导光粒子的方法时说,从本质上讲,我们试图把光困在一个小盒子里,这个小盒子仍然允许光线从许多不同的方向进出。


这些“高品质因数”或“高Q”谐振器的核心组件是一层极薄的硅,它能有效地捕获光,并人们感兴趣的近红外光谱具有较低的吸收率放在透明材料晶片的顶部,例如蓝宝石,研究人员电子显微镜笔在晶片上蚀刻出纳米天线的图案。由于天线是束缚光线的“墙”,因此图案必须尽可能平滑,缺陷会阻碍其捕获光的能力。


 

Q超表面分束器的艺术渲染 这些“高品质因数”或“高Q”谐振器提供一种操纵和使用光的新方图片Riley A. Suhar提供。

 

图案设计在高Q纳米结构中起着关键作用。Dionne说:“高Q共振要求侧壁非常光滑,不允许光泄漏出去。”“这可以通过大的微米级结构来实现,但是对于纳米结构则是非常具有挑战性,因为纳米结构更容易散射光。但她们组的研究人员发现了一种具有良好效果的图案设计,并且可以用现有的制方法制出来。光传递函数、近场强度和共振线的形状都可以被合理地设计,从而为高效、自由空间可重构和非线性纳米光子学奠定了基础。


当光束转向定方向时,纳米结构显示出约2500的质量因子。这比同类器件高出两个数量级。质量因子或Q因子是用来描述共振行为的量度,在这种情况下,它与光的寿命成正比。Dionne说:“通过实现数以千计的质量因子,我们已经处于一些非常令人兴奋的技术应用的绝佳位置。”


另一方面,Q谐振器会带来操控和使用光的新方法,包括量子计算、虚拟和增强现实、光WiFi甚至检测SARS-CoV-2病毒的新应用。目前,Dionne的实验室正致力于将其慢光和光操控技术应用于COVID-19抗原和抗体的检测。


Dionne:“我们的技术可以像医生和临床医生所习惯看到的那样,提供一种光学读数。”“但是由于-分子相互作用,我们可以检测单一病毒或具有极低浓度多种抗体。“高Q纳米谐振器的设计允许每个天线独立工作,以同时检测不同类型的抗体。


Dionne对将该装置用于激光雷达应用和量子科学感兴趣。她说“几年前,我无法想象这项工作所涉及的巨大应用空间”。“对我来说,这个项目加强了基础研究的重要性。你无法总是预测基础科学的发展方向或走向,但它可以为未来的挑战提供关键的解决方案。


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