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प्रैक्टिकल एकीकृत दरवाजा, कॉम्पैक्ट ऑप्टिकल डेटा प्रसंस्करण चिप्स "परिवर्तनकारी plasmon प्रकाशिकी" खोलता

Published on July 1, 2010 at 8:07 PM

नया शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी दृश्य प्रकाश, सुपरफास्ट कंप्यूटर कि इलेक्ट्रॉनिक संकेत के बजाय प्रकाश का उपयोग करने के लिए जानकारी प्रक्रिया और हैरी Potteresque अदर्शन कपड़े के साथ डीएनए अणु को हल करने में सक्षम बस कुछ परिवर्तन प्रकाशिकी के कई रोमांचकारी वादों का.

विज्ञान के इस तेजी से बढ़ते क्षेत्र में, प्रकाश तरंगों metamaterials की अनूठी संरचना के माध्यम से बड़े पैमाने के सभी लंबाई में नियंत्रित किया जा सकता है, कंपोजिट आमतौर पर धातुओं dielectrics और से बना - insulators कि एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की उपस्थिति में polarized बन जाते हैं. विचार भौतिक स्थान को बदलने के माध्यम से जो प्रकाश यात्रा, कभी कभी "ऑप्टिकल अंतरिक्ष," के रूप में जिस तरह आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत के तहत एक भारी वस्तु की उपस्थिति के द्वारा बाह्य अंतरिक्ष तब्दील हो जाता है एक समान तरीके में भेजा.

बाईं तरफ योजनाबद्ध एक एकल फलाव के साथ एक धातु ढांकता हुआ इंटरफ़ेस पर सतह plasmon polaritons (SPPs) के बिखरने से पता चलता है. ठीक से पता चलता है कैसे SPP बिखरने नाटकीय रूप से दबा दिया है जब फलाव आसपास ऑप्टिकल अंतरिक्ष तब्दील हो जाता है पर योजनाबद्ध. (जांग समूह की छवि सौजन्य)

अब तक परिवर्तन प्रकाशिकी भविष्य क्या पकड़ कर सकते हैं के रूप में ही संकेत दिया है, एक प्रमुख किया जा रहा है कितना मुश्किल यह नैनो या subwavelength पैमाने पर metamaterials के भौतिक गुणों को संशोधित मुख्य रूप से धातुओं के कारण अंधी गली, के साथ. अब, के साथ शोधकर्ताओं के एक दल अमेरिका के ऊर्जा विभाग (Doe) की लॉरेंस बर्कले राष्ट्रीय प्रयोगशाला (बर्कले लैब) और कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के बर्कले (यूसी) से पता चला है कि यह संभव हो सकता है कि धातु अंधी गली के आसपास जा सकता है. अत्याधुनिक कंप्यूटर सिमुलेशन का प्रयोग, वे दिखा दिया है कि केवल एक metamaterial के ढांकता हुआ घटक के उदारवादी संशोधनों के साथ, यह संभव हो सकता है व्यावहारिक परिवर्तन प्रकाशिकी परिणाम प्राप्त करना चाहिए. सफलता की कुंजी परिवर्तन प्रकाशिकी के विज्ञान की एक और होनहार नए क्षेत्र plasmonics के रूप में जाना जाता के साथ संयोजन है.

एक plasmon एक इलेक्ट्रॉनिक सतह लहर है कि एक धातु पर प्रवाहकत्त्व इलेक्ट्रॉन के समुद्र के माध्यम से रोल है. बस के रूप में प्रकाश की तरंगों में ऊर्जा quantized कण की तरह फोटॉनों कहा जाता इकाइयों में किया जाता है, तो भी, plasmonic अर्ध कणों plasmons कहा जाता है में किया जाता है ऊर्जा है. Plasmons दृढ़ता से एक metamaterial धातु और ढांकता हुआ इंटरफ़ेस में photons के साथ बातचीत के लिए फार्म का अभी तक एक और अर्ध कण बुलाया एक सतह plasmon polariton (SPP). इन SPPs के हेरफेर की metamaterials आश्चर्यजनक ऑप्टिकल गुण के दिल में है.

बर्कले लैब-UC बर्कले टीम, जियांग झांग, बर्कले लैब सामग्री विज्ञान और UC बर्कले विज्ञान नैनो पैमाने पर और अभियांत्रिकी (SINAM) केंद्र, मॉडलिंग वे क्या एक "परिवर्तनकारी plasmon प्रकाशिकी" दृष्टिकोण करार दिया है की डिवीजन निदेशक के साथ एक प्रिंसिपल अन्वेषक के नेतृत्व में कि एक धातु करने के लिए आसन्न लेकिन न ही धातु ढांकता हुआ सामग्री के शामिल हेरफेर. इस उपन्यास दृष्टिकोण के लिए SPPs सतहों असमान और घुमावदार भर में तरंगदैर्य की एक विस्तृत रेंज पर महत्वपूर्ण बिखरने नुकसान पीड़ित के बिना यात्रा करने के लिए यह संभव बनाने के दिखाया गया था. इस मॉडल का प्रयोग, जांग और उनकी टीम फिर एक 180 डिग्री मोड़ है कि ऊर्जा या एक प्रकाश किरण के गुण नहीं बदल के रूप में यह U-मोड़ बनाता के साथ एक plasmonic waveguide डिजाइन. उन्होंने यह भी एक Luneburg लेंस के एक plasmonic संस्करण, गेंद के आकार का लेंस है कि प्राप्त करने के लिए और एक ही बार में कई दिशाओं से हल कर सकते हैं ऑप्टिकल लहरें हैं बनाया है.

"चूंकि हमारे metamaterials में धातु के गुणों को पूरी तरह से अनछुए हैं, हमारे परिवर्तनकारी plasmon प्रकाशिकी कार्यप्रणाली बहुत छोटे पैमाने पर प्रकाश मार्ग के लिए एक व्यावहारिक तरीका प्रदान करता है," झांग कहते हैं. "हमारा निष्कर्ष परिवर्तन प्रकाशिकी के पास मैदान ऑप्टिकल लहरों में हेरफेर तकनीक की शक्ति से पता चलता है, और हम उम्मीद करते हैं कि कई अन्य साज़िश plasmonic उपकरणों पद्धति हम शुरू की है पर आधारित एहसास हो जाएगा."

जांग कि नैनो पत्र पत्रिका, शीर्षक में छपी इस शोध का वर्णन कागज की इसी लेखक "परिवर्तनकारी plasmon प्रकाशिकी." सह झांग कागज के साथ संलेखन Yongmin लियू, थॉमस Zentgraf और लड़के Bartal थे.

लियू, जो कागज के प्रमुख लेखक किया गया था और जांग UC बर्कले समूह में एक के बाद डॉक्टरेट शोधकर्ता है 180 डिग्री plasmonic मोड़ और plasmonic Luneburg लेंस के अलावा, "कहते हैं, हमारे दृष्टिकोण भी डिजाइन और बीम के उत्पादन में सक्षम होना चाहिए splitters और shifters, और दिशात्मक प्रकाश उत्सर्जक. तकनीक भी एकीकृत, कॉम्पैक्ट ऑप्टिकल डेटा प्रसंस्करण चिप्स का निर्माण करने के लिए लागू किया जाना चाहिए. "

जांग और अपने शोध समूह परिवर्तन प्रकाशिकी अनुसंधान के मामले में सबसे आगे 2008 के बाद से किया गया है जब वे फैशन metamaterials को पहले समूह है कि प्रकाश पीछे की ओर मोड़ करने में सक्षम थे बन गया है, एक "नकारात्मक अपवर्तन," जो प्रकृति में अभूतपूर्व है के रूप में जाना जाता है संपत्ति. 2009 में, वह और उसके समूह nanostructured सिलिकॉन कि ऑप्टिकल पहचान से इसके तहत रखी वस्तुओं की उपस्थिति छुपा से कालीन बरसती "बनाया.

इस नवीनतम काम के लिए, जांग और Zentgraf और Bartal साथ लियू प्रचार लहरों पर परंपरागत परिवर्तन प्रकाशिकी ध्यान से चला और बजाय निकट क्षेत्र (subwavelength) क्षेत्र में किए गए SPPs पर ध्यान केंद्रित है.

", SPPs की तीव्रता एक धातु और एक ढांकता हुआ मध्यम के बीच इंटरफेस में अधिक से अधिक है और तेजी से अंतरफलक से दूर decays" झांग कहते हैं. "चूंकि SPP ऊर्जा का एक महत्वपूर्ण भाग क्षणभंगुर क्षेत्र में धातु, कि आसन्न ढांकता हुआ मध्यम में है, के बाहर किया जाता है, हम धातु संपत्ति तय रखने के द्वारा SPPs नियंत्रण प्रस्तावित है और केवल ढांकता हुआ परिवर्तन प्रकाशिकी तकनीक पर आधारित सामग्री को संशोधित ".

विभिन्न तब्दील डिजाइन की पूर्ण लहर सिमुलेशन जांग और उनके सहयोगियों ने सही द्वारा प्रस्तावित पद्धति साबित कर दिया. इसके अलावा यह प्रदर्शन किया गया कि यदि एक विवेकी परिवर्तनकारी plasmon प्रकाशिकी योजना लिया जाता है बदल ढांकता हुआ सामग्री isotropic और nonmagnetic हो सकता है, जो आगे इस दृष्टिकोण की व्यावहारिकता को बढ़ा देता है. लगभग पूर्ण ट्रांसमिशन के साथ एक 180 डिग्री मोड़ plasmonic मोड़ का प्रदर्शन विशेष रूप से महत्वपूर्ण था.

", Plasmonic waveguides एक सबसे महत्वपूर्ण घटकों / एकीकृत plasmonic उपकरणों में तत्वों में से एक हैं" लियू कहते हैं. "हालांकि, curvatures अक्सर मजबूत विकिरण नुकसान है कि एक ऑप्टिकल संकेत को स्थानांतरित करने के लिए लंबाई कम कर देता है सीसा. हमारे 180 डिग्री मोड़ plasmonic मोड़ निश्चित रूप से महत्वपूर्ण है और एकीकृत plasmonic उपकरणों के भविष्य के डिजाइन में उपयोगी हो जाएगा. "

सिलिकॉन आधारित photonic उपकरणों के साथ तुलना में plasmonics का उपयोग करने के लिए आगे photonic उपकरणों का कुल आकार नीचे पैमाने पर मदद के लिए और कुछ सामग्री है, जो प्रदर्शन में सुधार करना चाहिए के साथ प्रकाश की बातचीत में वृद्धि कर सकता है.

"हम कल्पना है कि परिवर्तनकारी plasmon प्रकाशिकी दृष्टिकोण की अद्वितीय डिजाइन लचीलापन नैनो प्रकाशिकी और photonic सर्किट डिजाइन करने के लिए एक नया द्वार खोल सकता है" झांग कहते हैं.

इस शोध अमेरिकी सेना के अनुसंधान कार्यालय और राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन नैनो पैमाने पर विज्ञान और इंजीनियरिंग सेंटर द्वारा समर्थित किया गया.

Last Update: 9. October 2011 03:56

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