Design af næste generation af optiske antenner

Antenner fanger radiobølger, en form for elektromagnetisk stråling, fra luften og omdanner energien til elektriske signaler, der føder moderne telekommunikation. De kan også konvertere elektriske signaler til radiobølger. Uden antenner, verden ville være et meget anderledes sted, end den er i dag. Optiske ingeniører og videnskabsmænd som Anthony J. Hoffman, lektor ved Institut for Elektroteknik ved University of Notre Dame, arbejder på at udnytte disse enheder til at kontrollere lys i stedet for radiobølger.

Hoffman har fokuseret sin indsats på næste generations materialer, teknologier og enheder til infrarødt lys. Oftest forbundet med nattesyn, infrarødt lys har mange anvendelsesmuligheder inden for optisk registrering og detektion. Optiske antenner gør det muligt for ingeniører at kontrollere, hvordan lys interagerer med materialer og kan lokalisere lys til subbølgelængdedimensioner til brug med mange af nutidens enheder i nanoskala.

Papiret, med titlen "Monochromatic Multimode Antennas on Epsilon-Near-Zero Materials, " for nylig offentliggjort i Avancerede optiske materialer , beskriver en særlig klasse af optiske materialer, der drastisk kan ændre egenskaberne af optiske antenner. Denne "kontrol" af egenskaber åbner døren for nye måder at konstruere optiske antenner på.

Hoffman og hans medforfattere - Kaijun Feng, Junchi Lu og Owen Dominguez, alle kandidatstuderende i elektroteknik ved Notre Dame, sammen med Daniel Wasserman, lektor i el- og computerteknik, og kandidatstuderende Leland Nordin, begge fra University of Texas i Austin - arbejdede stort set i to campusfaciliteter (Notre Dame Nanofabrication Facility og Notre Dame Integrated Imaging Facility) for at designe, fremstille og demonstrere optiske antenner ved hjælp af et epsilon-near-zero (ENZ) materiale.

ENZ materialer tilbyder unikke fænomener, inklusive wavefront engineering, forbedret lyskanalisering gennem subbølgelængdeblænder, størrelsesordensudvidelse af den lokale bølgelængde i bølgeledende strukturer, og spektral-selektiv absorption og termiske emissioner. At bygge optiske antenner på et ENZ-materiale gjorde det muligt for holdet at designe og demonstrere en multimode, næsten monokromatisk antenne, en ny klasse af optiske antenner, som kunne have brug for sansning, billeddannelse, applikationer til infrarød optoelektronik og termisk emissionskontrol. Det giver også potentialet for nye typer optiske enheder.

Hoffman, et tilknyttet medlem af Center for Nano Science and Technology, og hans team arbejder i øjeblikket på at inkorporere deres optiske antenner i halvlederenheder for at forbedre interaktionen mellem lys og halvledermaterialer, dermed skabe den næste generation af infrarøde kilder.