Nærfeltlysforskning fremmer partikelmanipulation, mikroskopi i høj opløsning, og mere

Der er mange typer lys - nogle synlige og nogle usynlige for det menneskelige øje. For eksempel, vores øjne og hjerne har ikke værktøjerne til at behandle ultraviolet lys, når det rammer vores øjne, gør det usynligt. Men der er en anden type lys, der er usynlig, simpelthen fordi det aldrig når vores øjne. Når lyset rammer bestemte overflader, en del af det stikker og forbliver bagved frem for at blive transmitteret eller spredt væk. Denne type lys kaldes nærfeltlys.

I dag, nærfeltlys bruges mest til mikroskopi i ultrahøj opløsning, kendt som nærfeltscanningsoptiske mikroskoper (NSOM). Imidlertid, nærfeltlys har også et uudnyttet potentiale for partikelmanipulation, fornemmelse, og optisk kommunikation. Men da nærfeltlys ikke når vores øjne som fjernfeltlys gør, forskere har ikke udviklet et omfattende værktøjskasse til at udnytte og manipulere nærområdet.

"I dag, vi har mange værktøjer og teknikker til at designe, hvordan fjernfeltlys ser ud, "sagde Vincent Ginis, en gæsteprofessor ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS). "Vi har linser, teleskoper, prismer og hologrammer. Alle disse ting gør os i stand til at forme frit udbredt lys i rummet. "

Ginis er også professor ved Vrije Universitet i Brussel.

Nu, SEAS-forskere har udviklet et system til at forme nærfeltlys-hvilket åbner døren for en hidtil uset kontrol over denne kraftfulde, stort set uudforsket type lys. Forskningen er publiceret i Videnskab .

"I årenes løb, vores gruppe har udviklet nye kraftfulde teknikker til at strukturere formerende lys ved hjælp af subbølgelængde-mønstrede metasurfaces, sagde Federico Capasso, Robert Wallace -professor i anvendt fysik og Vinton Hayes seniorforsker i elektroteknik, og seniorforfatter af papiret. "Med dette arbejde, vi viser, hvordan man strukturerer nærfeltet på afstand, åbner spændende muligheder inden for videnskab og teknologi. "

For at manipulere nærfeltlys, forskerne udviklede en enhed, hvor lys begrænset til en bølgeleder hopper frem og tilbage mellem to reflektorer. Efter hvert studs skifter det tilstand, hvilket betyder, at den formerer sig med et andet rumligt mønster. Med flere afvisninger, disse mønstre tilføjer til at generere en kompleks lysintensitetsprofil langs bølgelederen. Nærfeltlyset nær bølgelederens overflade ændres også. Når alle de forskellige mønstre af nærfeltlyset ligger oven på hinanden, der oprettes en bestemt form. Forskerne kan forprogrammere denne form ved at skræddersy amplituden af ​​det hoppende lyss tilstande.

"Sameksistensen af ​​alle disse tilstande kan designes til at skabe nærmark-landskaber efter behag på enhedens overflade, "sagde Marco Piccardo, en forskningsassistent hos SEAS og medforfatter af papiret. "Landskabets form bestemmes af de kombinerede egenskaber ved det kaskaderende lys."

"Det er lidt som musik, "sagde Ginis." Den musik, du hører, er en overlejring af mange noter eller tilstande, der er sammensat i mønstre udtænkt af komponisten. En note alene er ikke meget, men samlet kan du generere enhver form for musik. Mens musikken fungerer i tide, vores nærfeltgenerator fungerer i tredimensionelt rum, og det ekstra spændende aspekt af vores enhed er, at den ene note genererer den anden. "

Vigtigere, denne støbeproces sker eksternt, hvilket betyder, at ingen del af enheden interagerer direkte med nærfeltlyset. Dette reducerer interferens, hvilket er vigtigt for applikationer såsom partikelmanipulation, og er en væsentlig afvigelse fra nuværende lokale metoder til skulptur i nærheden af ​​felter såsom at skinne lys på metalliske spidser og nanopartikler.

For at demonstrere deres design, forskerne støbte nærfeltlys i form af en elefant. Eller, mere specifikt, en elefant inde i en boa constrictor, en hyldest til legen om dimensioner i Antoine de Saint-Exupérys klassiker Den lille prins.

Forskerne formede også lyset til en kurve, et plateau og en lige linje.

"Denne forskning giver en ny vej mod en hidtil uset tredimensionel kontrol af nærfeltlys, "sagde Capasso." Det er et tegn på de spændende opdagelser og teknologiudviklinger, jeg forventer at komme ud af dette arbejde i fremtiden. "