研究人员开发出光子晶体光转换器

扭曲光。圆偏振激光穿过PCN器件，从另一侧射出VUV光，且呈相反方向偏振。图片来源:Konishi等人

  光谱学是利用光来分析物理对象和生物样品。不同种类的光可以提供不同种类的信息。真空紫外线是有用的，因为它可以在广泛的研究领域帮助人们，但这种光的产生即困难又昂贵。研究人员发明了一种新设备，利用具有纳米穿孔的超薄薄膜可以有效地产生这种特殊的光。人眼可见的光的波长仅仅构成了可能存在的光波长的一部分。你可以感受到以热的形式出现的红外光（对蛇来说是可见的），它的波长比可见光要长。另一端是紫外线，可以利用它在皮肤中产生维生素D（对蜜蜂来说是可见的）。这些光和其他形式的光在科学上有许多用途。

  在紫外线范围内，有一个被称为真空紫外光(VUV)的波长子集，之所以这样称呼是因为它们很容易被空气吸收，但可以通过真空。大约在120-200纳米范围内的VUV波长对科学家和医学研究人员特别有用，因为它们可以用于对不同材料甚至生物样品进行化学和物理分析。然而，光不仅仅在于波长。为了使VUV真正有用，它还需要以圆偏振的方式被扭曲或极化。现有产生VUV的方法，如使用粒子加速器或激光驱动等离子体，都有很多缺点，包括成本、规模和复杂性。而且，这些方法只能产生未扭曲的线偏振VUV。如果有一种简单的方法来产生圆偏振VUV，那将是非常有益的。东京大学光子科学与技术研究所的助理教授Kuniaki Konishi和他的团队可能找到了答案。

间距很重要。该装置的效率很大程度上取决于小孔的间距。在模拟中，相距600纳米的孔(左)比相距500纳米的孔(右)的结果要好得多。图片来源:Konishi等人。

      Konishi说:“我们创建了一种简单的装置，可以把圆偏振的可见光转换成具有相反圆偏振的VUV光。”“我们的光子晶体介电纳米膜 (PCN)由厚度仅为48 纳米的氧化铝晶体（γ-Al2O3）制成，其位于525微米厚的硅片上，在硅片上排列着190纳米宽，相距600纳米的孔。”用肉眼观察，PCN膜看起来只是一个平坦无特征的表面，但在高倍显微镜下可以看到穿孔的图案。它看起来有点像莲蓬头上的孔，可以增加水压，从而产生喷射。

  Konishi说:“当波长为470纳米的圆偏振蓝色激光脉冲照射到硅中的这些通道时，PCN会对这些脉冲产生作用并使它们朝相反的方向扭曲。”“它还能将波长缩小到157纳米，这恰好在光谱学中非常有用的VUV范围内。”利用圆偏振VUV的短脉冲，研究人员可以观察到亚微米量级的快速或短暂的物理现象，否则这些现象是看不到的。这些现象包括电子或生物分子的行为。因此，这种生成VUV的新方法对医学、生命科学、分子化学和固体物理等领域的研究人员具有一定的参考价值。虽然以前也演示过类似的方法，但会产生用处较少的长波长光，并且使用的是一种金属薄膜，这种薄膜在激光的作用下会迅速降解。而PCN在这方面要稳健得多。

  Konishi说:“很高兴通过对PCN的研究，我们发现了圆偏振光转换的一种新的有用装置，产生的VUV光强度足以使它成为光谱学的理想选择。令人惊讶的是，PCN膜能在激光的反复轰击下存活下来，不像以前的金属基器件。这使得它适合于实验室应用，可以被长期广泛使用。我们做的是基础科学，希望看到更多研究人员能充分利用我们的工作。”