Bøjning af lys til at konstruere forbedrede optiske enheder og kredsløb

Regnbuer dannes, når lys bøjer - eller brydes - når det kommer ind og ud af en vanddråbe. Mængden, som lyset bøjer, afhænger af lysets farve, hvilket resulterer i, at hvidt lys adskilles i et smukt spektrum af farver. Brydningsindekset, et af de værktøjer, som optiske ingeniører bruger til at styre lys, beskriver samspillet mellem lys og stof.

For nylig, materialer, der har et brydningsindeks, der forsvinder, har vundet betydelig interesse på tværs af de videnskabelige og tekniske samfund. Disse materialer, kaldet epsilon-near-zero (ENZ) materialer, vise stort løfte for applikationer til billeddannelse af små objekter, detektering af små koncentrationer af målrettede molekyler (f.eks. sprængstof, giftige kemikalier, forurenende stoffer) og muliggøre en ny generation af optiske enheder og kredsløb.

Et team fra University of Notre Dame i samarbejde med forskere ved University of Texas i Austin, Cornell University og University of Massachusetts i Lowell har vist, hvordan ENZ -materialers optiske egenskaber kan konstrueres til at forbedre optiske enheder. Deres arbejde bruger mange af de samme materialer, der bruges i industrien til elektronik med høj effekt og en dag kunne muliggøre integration af denne nye optiske adfærd i optiske enheder.

Optiske enheder opretter, manipulere eller måle elektromagnetisk stråling - lys, både det synlige og det usynlige. Briller og kameralinser, mikroskoper og teleskoper, lasere, lysemitterende dioder og solceller er eksempler på almindelige optiske enheder, der er udviklet til at hjælpe med at se og fornemme verden. Hver af disse enheder udnytter brydningsindekset på en anden måde.

Holdet delte sine resultater i et nyligt papir, der blev offentliggjort i Optik Express .

"Mange molekyler har vibrationstilstande i det mellem-infrarøde spektrale område, og disse vibrationer kan bruges til at opdage dem, "sagde Irfan Khan, en elektroteknik doktorand og papirets hovedforfatter. "Vi brugte ENZ -materialer til at koble til en særlig optisk tilstand, kendt som Berreman -tilstanden, at konstruere specifikke optiske reaktioner i halvledermaterialer, der i øjeblikket bruges i industrien. "

Konstruktion af disse nye optiske tilstande ved hjælp af halvledermaterialer er et kritisk trin for at inkorporere ENZ -materialer i fremtidige optiske enheder og kredsløb, siger Anthony Hoffman, lektor i elektroteknik og projektleder.

"Det faktum, at ENZ -materialer er let tilgængelige, enkle at fremstille og fungere godt i meget lille skala gør dem også ideelle til en række forskellige applikationer. "