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“变形胞质基因光学”对实用的集成,紧凑光学数据处理筹码开门

Published on July 1, 2010 at 8:07 PM

能强大的新的显微镜解决使用轻而不是电子信号对处理信息与可见光、超高速的计算机和哈里 Potteresque 看不出斗篷的脱氧核糖核酸分子是某些转换光学许多令人兴奋的承诺。

在此发芽的科学领域,光波可以是受控的在缩放比例的所有长度通过由金属典型地做的唯一构建 metamaterials、综合和电介质 - 变得对立在一个电磁场面前的装绝缘体工。 这个想法是变换光游遍,有时指 “光学空间的实际空格”,有些类似于外层空间由一个大量对象出现在爱因斯坦的相对论下的变换的方式。

在左边的概要显示分散在金属电介质 (SPPs)界面的表面胞质基因 polaritons 与唯一伸进。 在右边的概要显示 SPP 分散如何显著被抑制,当在伸进附近的光学空间被变换时。 (张组镜象)

到目前为止转换光学提供了仅暗示至于什么远期也许暂挂,当一个主要路障是多么困难它是修改 metamaterials 物理属性在纳诺或 subwavelength 缩放比例,主要由于金属。 现在,研究员小组有美国能源部的 (DOE)劳伦斯伯克利国家实验室 (伯克利实验室) 和加州大学 (UC) 伯克利显示了它也许是可能在该金属路障四处走动。 使用复杂的计算机模拟,他们显示出,与电介质要素的仅中等修改 metamaterial,取得实用的转换光学结果应该是可能的。 成功的关键字是转换光学的组合与叫作 plasmonics 的科学的另一个有为的新的域。

胞质基因是通过传导电子海运滚在金属的电子地表电波。 正在光通知的能源输入量子化了称光子的象微粒的部件,如此,同样,是 plasmonic 能源称胞质基因的运载的类似微粒。 胞质基因与光子将严格配合在形成另外类似微粒的 metamaterial 的金属和电介质的界面称一表面胞质基因 polariton (SPP)。 处理这些 SPPs 是在 metamaterials 中心令人惊讶的光学性能。

伯克利实验室 UC 伯克利小组,导致由有伯克利实验室的材料学加州大学伯克利分校的纳诺缩放比例科学的分部和主任的 Xiang 张、一个主要调查人和工程中心 (SINAM),被塑造什么他们叫了在金属,但是不是这种金属附近介入电介质材料处理的 “变形胞质基因光学”途径。 此新方法显示使成为可能为了 SPPs 能移动在各种各样的波长的参差不齐和曲面间,无需遭受重大的分散损失。 使用此设计,张和他的小组然后设计了有不会修改一个光束的能源或属性的一个 180 度弯的 plasmonic 波导,它做 U字型转向。 他们也设计了 Luneburg 透镜,可能从多个方向立即接受和解决光学通知的球形的透镜的一个 plasmonic 版本。

“因为在我们的 metamaterials 的金属属性是完全地未改变的,我们的变形胞质基因光学方法为寻址光提供一个实用方式在非常小规模”,张说。 “我们的发现显示转换光学技术的功率操作近域光学通知,并且我们预计许多其他吸引的 plasmonic 设备将认识到根据我们引入的方法”。

张是描述出现于日记帐纳诺信函的此研究的论文的对应的作者,题为 “变形胞质基因光学”。 合著与张的本文是 Yongmin 刘,托马斯 Zentgraf 和人 Bartal。

刘说,是本文的主要作者并且是博士后在张的加州大学伯克利分校组, “除 180 度 plasmonic 弯和 plasmonic Luneburg 透镜之外,我们的途径应该也启用光束分束器和搬移者的设计和生产和定向轻的放射器。 这个技术应该也是可适用的对集成,紧凑光学数据处理筹码的建筑”。

张和他的研究小组是在转换光学研究最前方自 2008年以来,当他们变成塑造能向后时弯曲光的 metamaterials 的第一个组,叫作 “负折射的属性”,是史无前例的本质上。 在 2009年,他和他的组创建了一个 “地毯斗篷”从隐瞒对象出现被安置在它下从光学检测的 nanostructured 硅。

对此最新的、张和刘与 Zentgraf 和 Bartal 一起使用离开传统转换光学重点在传送通知和着重 SPPs 运载的近域 (subwavelength) 区域。

“强度 SPPs 是最大的在金属和一个电介质媒体之间的界面和指数衰变远离这个界面”,张说。 “因为 SPP 能源的一个重要的部分输入在金属之外的短暂域,即,在这个相邻电介质媒体,我们建议通过保持金属属性被修理和只修改在转换光学技术基础上的电介质材料控制 SPPs”。

不同的被变换的设计的全波的模拟由的张和正确他的同事证明这个提出的方法。 此外被展示,如果一个慎密变形胞质基因光学模式被采取被变换的电介质材料可以各向同性和无磁性,进一步提高此途径的实际性。 一个 180 度弯 plasmonic 弯的演示与几乎理想的传输的是特别重大的。

“Plasmonic 波导是其中一个最重要的要素/要素在集成 plasmonic 设备”,刘说。 “然而,曲度经常导致减少调用的一个光学信号长度的严格的散热损失。 我们的 180 度弯 plasmonic 弯确实是重要的,并且在将来是集成 plasmonic 设备有用的设计”。

比较基于硅的光子的设备使用 plasmonics 可能帮助进一步缩减光子的设备的总规模和增加光的交往与某些材料的,应该改进性能。

“我们构想变形胞质基因光学途径的唯一设计灵活性可能对纳诺光学和光子的电路设计打开一个新的门”,张说。

美军研究办公室和国家科学基金会的纳诺缩放比例科学和工程中心支持此研究。

Last Update: 12. January 2012 05:55

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