Nyt designværktøj til metamaterialer:Undersøgelse viser, hvordan man forudsiger ikke-lineære optiske egenskaber

Et team af forskere ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) har udviklet et nyt designværktøj til metamaterialer, som er kunstige materialer med egenskaber, som ikke findes i naturen.

Værktøjet, kaldet den "ikke-lineære optiske responsberegner", kan bruges til at forudsige de ikke-lineære optiske egenskaber af metamaterialer, som er vigtige for en række forskellige anvendelser, såsom lasere, optiske modulatorer og sensorer.

Et materiales ikke-lineære optiske egenskaber bestemmes af den måde, hvorpå dets elektroner interagerer med lys. Når lys interagerer med et materiale, kan det få elektronerne i materialet til at vibrere. Hyppigheden af ​​disse vibrationer afhænger af lysets energi og materialets egenskaber.

I de fleste materialer vibrerer elektronerne med en enkelt frekvens, når de udsættes for lys. Men i metamaterialer kan elektronerne vibrere ved flere frekvenser. Dette skyldes, at metamaterialerne er lavet af bittesmå strukturer, der kan fange lys og få elektronerne til at vibrere ved forskellige frekvenser.

Den ikke-lineære optiske responsberegner kan bruges til at forudsige de mange frekvenser, hvormed elektronerne i et metamateriale vil vibrere, når de udsættes for lys. Denne information kan derefter bruges til at designe metamaterialer med de ønskede ikke-lineære optiske egenskaber.

MIT-forskerne mener, at deres nye værktøj vil være en værdifuld ressource for forskere og ingeniører, der arbejder på at udvikle metamaterialer til en række forskellige applikationer.

Sådan fungerer den ikke-lineære optiske responsberegner

Den ikke-lineære optiske respons-beregner er et computerprogram, der bruger en række matematiske teknikker til at beregne de ikke-lineære optiske egenskaber af metamaterialer.

Programmet beregner først metamaterialets lineære optiske egenskaber, som er materialets egenskaber, når det udsættes for lys ved lave intensiteter. Disse egenskaber omfatter brydningsindekset og ekstinktionskoefficienten for materialet.

Programmet bruger derefter de lineære optiske egenskaber til at beregne materialets ikke-lineære optiske egenskaber. Disse egenskaber indbefatter andenordens ikke-lineære modtagelighed og tredjeordens ikke-lineære modtagelighed.

Den anden ordens ikke-lineære modtagelighed bestemmer den måde, hvorpå materialet reagerer på lys ved lave intensiteter. Den tredje ordens ikke-lineære modtagelighed bestemmer den måde, hvorpå materialet reagerer på lys ved høje intensiteter.

Den ikke-lineære optiske responsberegner kan bruges til at beregne de ikke-lineære optiske egenskaber af metamaterialer lavet af en række forskellige materialer. Programmet kan også bruges til at beregne de ikke-lineære optiske egenskaber af metamaterialer med forskellige strukturer.

Anvendelser af den ikke-lineære optiske responsberegner

Den ikke-lineære optiske responsberegner har en række applikationer, herunder:

* Design af metamaterialer til lasere

* Design af metamaterialer til optiske modulatorer

* Design af metamaterialer til sensorer

* At studere de ikke-lineære optiske egenskaber af metamaterialer

Den ikke-lineære optiske responsberegner er et kraftfuldt værktøj, der kan bruges til at udvikle metamaterialer med en række ønskede egenskaber. Programmet er en værdifuld ressource for forskere og ingeniører, der arbejder på at udvikle metamaterialer til en række forskellige applikationer.