La “Óptica Transformacional del Plasmón” Abre la Puerta en las Virutas De proceso de datos Ópticas Integradas, Compactas Prácticas

Published on July 1, 2010 at 8:07 PM

Los nuevos microscopios Potentes capaces de resolver las moléculas de la DNA con la luz visible, los ordenadores ultrarrápidos que utilizan pálido bastante que señales electrónicas a la información de proceso, y las capas de la invisibilidad de Harry Potteresque son apenas algunas de las muchas promesas que emocionan de las ópticas de la transformación.

En este campo que brota de la ciencia, las ondas pálidas pueden ser controladas en todas las longitudes de la escala con la estructuración única de metamaterials, de compuestos hechos típicamente de los metales y de dieléctricos - los aisladores que se polarizan en presencia de un campo electromagnético. La idea es transformar el espacio físico a través del cual la luz viaja, designado a veces “espacio óptico,” de una forma similar a la manera de la cual el espacio exterior es transformado por la presencia de un objeto masivo bajo teoría de la relatividad de Einstein.

El Diagrama Esquemático a la izquierda muestra dispersar de los polaritons superficiales del plasmón (SPPs) en un interfaz del metal-dieléctrico con una única protuberancia. El Diagrama Esquemático en la derecha muestra cómo el dispersar de los SPP se suprime dramáticamente cuando el espacio óptico alrededor de la protuberancia se transforma. (Cortesía de Imagen del grupo de Zhang)

Las ópticas de la transformación han entregado Hasta ahora solamente las indirectas en cuanto a qué el futuro pudo celebrar, con una barricada importante siendo cómo es difícil son modificar las propiedades físicas de metamaterials en la escala nana o del subwavelength, principal debido a los metales. Ahora, las personas de investigadores con el Ministerio de los E.E.U.U. de (DOE) Laboratorio Nacional de Lorenzo Berkeley de la Energía (Laboratorio de Berkeley) y la Universidad de California (UC) Berkeley lo han mostrado que pudo ser posible circundar esa barricada del metal. Usando simulaciones por ordenador sofisticadas, él ha demostrado eso con solamente modificaciones moderadas del componente dieléctrico de un metamaterial, él debe ser posible lograr resultados prácticos de la óptica de la transformación. El clave al éxito es la combinación de la óptica de la transformación con otro nuevo campo prometedor de la ciencia conocido como plasmonics.

Un plasmón es una onda superficial electrónica que lamina a través del mar de los electrones de la conducción en un metal. Apenas como la energía en ondas de la luz se lleva hacia adentro cuantificó partícula-como las unidades llamadas los fotones, es Así pues, también hacia adentro cuasi-partículas llevadas energía plasmonic llamadas los plasmones. Los Plasmones obrarán recíprocamente fuertemente con los fotones en el interfaz de un metal y del dieléctrico de los metamaterial para formar otra cuasi-partícula llamada un polariton superficial del plasmón (SPP). La Manipulación de estos SPPs está en el corazón de las propiedades ópticas asombrosas de metamaterials.

Las personas de Berkeley Laboratorio-UC Berkeley, llevadas por Xiang Zhang, investigador principal con la División de las Ciencias Materiales del Laboratorio de Berkeley y el director de la Ciencia de la Nano-Escala de Uc Berkeley y Centro de la Ingeniería (SINAM), modelados lo que él ha aparado una aproximación “de la óptica transformacional del plasmón” que implicó la manipulación del material dieléctrico adyacente a un metal pero no al metal sí mismo. Este nuevo enfoque fue mostrado para permitir para que el SPPs viaje a través de superficies irregulares y curvadas sobre una amplia gama de longitudes de onda sin el sufrimiento de bajas importantes el dispersar. Usando este modelo, Zhang y sus personas entonces diseñaron un guía de ondas plasmonic con una curva de 180 grados que no alterará la energía o las propiedades de un haz luminoso como hace el Giro de 180 grados. También diseñaron una versión plasmonic de un lente de Luneburg, los lentes bola-dados forma que pueden recibir y resolver ondas ópticas de direcciones múltiples inmediatamente.

“Puesto Que las propiedades del metal en nuestros metamaterials son totalmente inalteradas, nuestra metodología transformacional de la óptica del plasmón proporciona a una manera práctica para encaminar la luz en mismo las pequeñas escalas,” Zhang dice. “Nuestras conclusión revelan la potencia de la técnica de la óptica de la transformación de manipular ondas ópticas del campo cercano, y contamos con que muchos otros dispositivos plasmonic de intriga sean observados basaron en la metodología que hemos introducido.”

Zhang es el autor correspondiente de un papel que describe esta investigación que apareció en las Cartas Nanas del gorrón, titulado la “Óptica Transformacional del Plasmón.” Co-Siendo autor del papel con Zhang eran Yongmin Liu, Thomas Zentgraf y Tirante Bartal.

Dice a Liu, que era el autor importante del papel y es investigador postdoctoral en el grupo de Uc Berkeley de Zhang, “Además de la curva plasmonic de 180 grados y del lente plasmonic de Luneburg, nuestra aproximación debe también activar el diseño y la producción de divisores y de desplazadores de haz, y los emisores pálidos direccionales. La técnica debe también ser aplicable a la construcción de virutas de proceso de datos ópticas integradas, compactas.”

Zhang y su grupo de investigación han estado en la vanguardia de la investigación de la óptica de la transformación desde 2008 cuando hicieron el primer grupo para formar los metamaterials que podían doblar la luz al reverso, una propiedad conocida como “refracción negativa,” que es sin precedente en naturaleza. En 2009, él y su grupo crearon una “capa de la alfombra” del silicio nanostructured que encubrió la presencia de objetos puestos bajo ella de la detección óptica.

Para esto el últimos trabajo, Zhang y Liu con Zentgraf y Bartal salieron del enfoque tradicional de la óptica de la transformación en ondas de la propagación y en lugar de otro se centraron en hacia adentro la región llevada SPPs del campo cercano (subwavelength).

“La intensidad del SPPs es máxima en el interfaz entre un metal y un media dieléctrico y exponencial decae lejos del interfaz,” dice a Zhang. “Puesto Que una parte significativa de energía de los SPP se lleva hacia adentro el campo evanescente fuera del metal, es decir, en el media dieléctrico adyacente, propusimos controlar el SPPs manteniendo la propiedad del metal reparada y solamente modificando el material dieléctrico basado en la técnica de la óptica de la transformación.”

Las simulaciones De Onda Completa de diversos diseños transformados probaron la metodología propuesta de Zhang y de sus colegas correctos. Además fue demostrado que si se toma un esquema transformacional prudente de la óptica del plasmón los materiales dieléctricos transformados pueden ser isotrópicos y diamagnéticos, que otras alzas el sentido práctico de esta aproximación. La demostración de una curva plasmonic de la curva de 180 grados con la transmisión casi perfecta era especialmente importante.

Los “guías de ondas de Plasmonic son uno de los componentes/de los elementos más importantes de dispositivos plasmonic integrados,” dice a Liu. “Sin Embargo, las curvaturas llevan a menudo a la baja de radiación fuerte que reduce la longitud para transferir una señal óptica. Nuestra curva plasmonic de la curva de 180 grados es definitivamente importante y será en el futuro diseño útil de dispositivos plasmonic integrados.”

Comparado con los dispositivos fotónicos silicio-basados el uso del plasmonics podría ayudar a reducir proporcionalmente más lejos la talla total de dispositivos fotónicos y a aumentar la acción recíproca de la luz con ciertos materiales, que deben mejorar funcionamiento.

“Prevemos que la adaptabilidad única del diseño de la aproximación transformacional de la óptica del plasmón puede abrir una nueva puerta en la óptica nana y el diseño de circuito fotónico,” a Zhang decimos.

Esta investigación fue utilizada por la Oficina de la Investigación del Ejército Americano Y el Centro de la Ciencia y de la Ingeniería de la Nano-Escala del National Science Foundation.

Last Update: 12. January 2012 07:40

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