Bobler er de nye linser til lysstråler i nanoskala

At bøje lysstråler til dit indfald lyder som et job for en troldmand eller et komplekst udvalg af omfangsrige spejle, linser og prismer, men et par små flydende bobler kan være alt, hvad der er nødvendigt for at åbne dørene for næste generation, højhastighedskredsløb og displays, ifølge forskere fra Penn State.

For at kombinere hastigheden på optisk kommunikation med bærbarheden af ​​elektroniske kredsløb, forskere bruger nanoplasmonik - enheder, der bruger korte elektromagnetiske bølger til at modulere lys på nanometerskalaen, hvor konventionel optik ikke virker. Imidlertid, at rette og fokusere denne modulerede lysstråle mod ønskede mål er svært.

"Der er forskellige solid-state-enheder at styre (lysstråler), at skifte dem eller modulere dem, men holdbarheden og omkonfigurerbarheden er meget begrænset, "sagde Tony Jun Huang, lektor i ingeniørvidenskab og mekanik. "Brug af en boble har mange fordele."

Den største fordel ved en bobleobjektiv er, hvor hurtigt og let forskere kan omkonfigurere boblens placering, størrelse, og form - som alle påvirker retningen og fokus på enhver lysstråle, der passerer gennem den.

Huangs team skabte separate simuleringer af lysstrålerne og boblelinse for at forudsige deres adfærd og optimere forholdene, før de kombinerede de to i laboratoriet. De offentliggjorde deres fund i Naturkommunikation .

For at danne bobleobjektivet, forskere brugte en laser med lav intensitet til at opvarme vand på en guldoverflade. Den lille bobles optiske adfærd forbliver konsistent, så længe laserens effekt og omgivelsestemperaturen forbliver konstant.

Bare at flytte laseren eller justere laserens effekt kan ændre, hvordan boblen vil aflede en lysstråle, enten som en koncentreret stråle ved et specifikt mål eller som en spredt bølge. Ændring af væsken påvirker også, hvordan en lysstråle vil bryde.

Materialerne til dannelse af bobleobjektiver er billige, og selve boblerne er lette at opløse, udskift og flyt.

"Ud over dens hidtil usete rekonfigurerbarhed og holdbarhed, vores bobleobjektiv har mindst en fordel mere end dets solid-state modstykker:dens naturlige glathed, "sagde Huang." Jo glattere linsen er, den bedre kvalitet af det lys, der passerer igennem det. "

Huang mener, at det næste trin er at finde ud af, hvordan boblens form påvirker lysstrålens retning og placeringen af ​​dens fokuspunkt. Fin kontrol over disse lysstråler muliggør forbedringer af biomedicinske enheder på chip og billedbehandling med superopløsning.

"For alle disse applikationer, du har virkelig brug for præcist at kontrollere lyset i nanoskala, og det er her, dette arbejde kan være en meget vigtig komponent, "sagde Huang.