Semi-tilfældig spredning af lys

Hvad er lysets nøjagtige vej inde i et stærkt spredende materiale som hvid maling? Det er et spørgsmål, der er umuligt at besvare, da partiklerne inde i malingen er fordelt tilfældigt. Det her, på samme tid, er en meget attraktiv egenskab til at anvende fotonik i ikke-hackbare sikkerhedsapplikationer. Stadig, du vil gerne kigge ind for at se, hvad der sker. Af denne grund, forskere fra University of Twente (MESA+ Institute), bygget en lysspredende mikrokube, der både er tilfældig og kontrolleret. Selvmodsigende som det ser ud, dette er en måde at vide præcis, hvad der sker indeni. Forskningsresultaterne er inde Avancerede optiske materialer .

Tidligere forskning fra UT-forskere viste, hvordan lyset kan styres, selv når den bevæger sig gennem tilfældigt spredte medier som hvid maling. Dette kan føre til et kreditkort, der ikke kan hackes, eller nye medicinske billedbehandlingsapplikationer. Kort sagt:Forskere ved, hvordan lys falder på overfladerne, og kan endda forudsige, hvordan det kommer ud. Men vejen, den går ind imellem, er ukendt. Hvorfor ikke vende spørgsmålet om, UT-forskerne tænkte:Lad os skabe en struktur, som vi kender præcist, og som er tilfældig på samme tid. I praksis:lad os lave en lillebitte terning med hundredvis af nanorods indeni. Selvom de virker organiserede i fuld tilfældighed, du ved præcis hvor disse stænger er, og dermed hvor lyset er, på ethvert givet tidspunkt.

Tyrkisk sød i mikrostørrelse

Dette gøres ved hjælp af en præcis 3-D printteknologi kaldet direkte laserskrivning, tilgængelig på UT's MESA+ NanoLab. Nanoroderne er skrevet ved hjælp af en laser og et specielt gelmateriale. Efter hærdning, materialet derimellem vaskes væk. En svampelignende terning er tilbage. Størrelsen på terningen er 15 x 15 x 15 mikron, for eksempel, med 400 til 2000 nanorods indeni. Spørgsmålet er:Hvilken del af det indfaldende lys kommer ud, og på hvilken måde er dette påvirket af antallet af stænger? For et lavere antal stænger - mindre tilfældighed - rejser mere lys lige gennem materialet og forlader det sted, du ville forvente. For højere tal, lys kommer også ud andre steder, viser forskningen.

I deres tidligere udgivelse, ved at bruge et klassisk matematikparadoks, UT-forskerne demonstrerede, hvordan disse stænger skulle organiseres for at opnå en homogen fordeling over hele terningen. Dette er en produktionsudfordring, også:Selvom strukturen ser flot ud udefra, der kan være en klump hærdet polymer i midten af ​​kuben, der helt tilsidesætter de ønskede effekter. Billeder ved hjælp af speciel røntgenmikroskopi, tilgængelig i Grenoble, vise, at hele terningen består af de forventede stænger.

Denne forskning giver mere indsigt i spredning af lys inde i tilfældigt organiserede materialer. Det hjælper med at definere grænsebetingelserne for applikationer inden for informationssikkerhed eller billedbehandling, " siger forskningsleder Pepijn Pinkse fra gruppen Complex Photonic Systems, del af UT's MESA+ Institute for Nanotechnology.

Papiret, "Deterministiske og kontrollerbare fotoniske spredningsmedier via direkte laserskrivning, " er offentliggjort online i Avancerede optiske materialer .