行业新闻

当前位置:分分彩个位必中规律 > 行业新闻 > 新技术揭示了光子晶体的内部特性

新技术揭示了光子晶体的内部特性

发布时间:2018-05-16 点击量:20

该图显示了叠加在一起的光子晶体板的理论(右)和实验(左)等频线。

em麻省理工学院的科学家开发了一种新技术,揭示了光子晶体的内部细节,这种合成材料的外来光学特性是广泛研究的主题。 / em

光子晶体通常通过使用微芯片制造方法的变化,在透明材料板中钻出数百万个紧密间隔的小孔而制成。取决于这些孔的确切方向,大小和间距,这些材料可以表现出各种独特的光学性质,包括允许放大超过正常理论极限的放大率的“超透镜”和其中“负折射”,其中光通过与通过正常透明材料的路径相反的方向弯曲。

但要准确理解各种颜色和各种方向的光线如何穿过光子晶体,需要非常复杂的计算。研究人员经常使用高度简化的方法;例如它们可能只能计算沿单一方向或单一颜色的光的行为。

相反,这种新技术使全方位的信息直接可见。研究人员可以使用简单的实验室设置以图形形式显示信息 - 所谓的“等频等高线” - 可以简单拍照和检查,在很多情况下不需要计算。本周在Science&Science Advances / em期刊中,MIT的博士后博真,近期的韦尔斯利大学毕业生和麻省理工学院的附属机构Emma Regan,麻省理工学院的物理学教授MarinSoljačić和John Joannopoulos描述了该方法,另外四个。

Zhen解释说,这项新技术的发现是通过密切关注研究人员已经注意到并且已经使用了多年的现象,但他们之前并不了解其起源。当样品被激光照射时,散射光的图案似乎从光子材料样品中扇出。散射是令人惊讶的,因为底层的晶体结构在这些材料中制造得几乎完美。

“当我们尝试进行激光测量时,我们总是会看到这种模式,”Zhen说。 “我们看到了这种形状,但我们不知道发生了什么。”但它确实帮助他们正确对准实验装置,因为一旦激光束与晶体正确对齐,散射光图案就会出现。经过仔细分析,他们意识到散射图案是由晶体中的微小缺陷产生的,这些缺陷的形状并不是完美的圆形或从一端到另一端稍微变细。

Regan说:“即使在最好的样品制造上也存在制造障碍。” “人们认为散射会非常弱,因为样本几乎是完美的,”但事实证明,在某些角度和频率下,光线散射非常强烈;多达50%的入射光可以散射。通过依次用不同颜色的序列照射样品,可以在整个可见光谱范围内建立光束相对路径的完整显示。散射光产生等频等高线的直接视图 - 一种不同颜色的光束在通过光子晶体时弯曲的地形图。

Soljačić说:“这是一种非常美观,非常直接的观察等频线的方法。他表示,“你只需照着样品照亮光线,方向和频率都是正确的”,出来的就是所需信息的直接图像。

该研究团队表示,该发现可能对许多不同的应用有用。例如,它可能会导致制造大型透明显示屏幕的方式,其中大多数光线会像透过窗户一样直通,但特定频率的光线会散射,从而在屏幕上产生清晰的图像。或者,该方法可用于制作仅对屏幕前方的人员可见的私人显示器。

因为它依赖于晶体制造的缺陷,所以这种方法也可以用作制造这种材料的质量控制措施;这些图像不仅表明了瑕疵的总量,还表明了它们的特定性质 - 也就是说,样品中的显性失调是否来自非圆形洞或蚀刻不直 - 这样就可以调整过程并且改进。

“利用一种聪明的把戏,Soljačić集团将通常令人讨厌的问题(即纳米制造中不可避免的无序)转化为他们的优势,”宾夕法尼亚州立大学物理学助理教授Mikael Rechtsman说,他没有参与这项工作。 “由无序造成的随机散射使他们能够直接成像光子晶体板结构的等频线。由于任何nanofabricated结构总是有一定程度的无序,并且无序总是难以模拟先验模型,他们的方法为光子晶体谐振模式带结构提供了一个非常方便的表征工具。“

Rechtsman补充说:“这可能成为寻找高功率单模半导体激光器(特别是光子晶体表面发射激光器)的重要工具,其应用广泛,包括电信和制造业。”

该团队还包括麻省理工学院电子学研究实验室的研究人员,他们包括Yuichi Igarashi(现日本公司在日本的NEC公司),Ido Kaminer,Chia Wei Hsu(现在在耶鲁大学)以及Shen Yichen Shen。这项工作得到陆军研究办公室通过麻省理工学院士兵纳米技术研究所和美国能源部通过能源前沿中心S3TEC的支持。

出版物:Emma C. Regan等人,“光子结构中等频等值线的直接成像”,Science Advances 2016年11月25日:Vol。 2,没有。 11,e1601591; DOI:10.1126 / sciadv.1601591

资料来源:麻省理工新闻David L. Chandler