En optisk belægning som ingen anden

I mere end et århundrede, optiske belægninger er blevet brugt til bedre at reflektere visse bølgelængder af lys fra linser og andre enheder eller, omvendt, for bedre at transmittere bestemte bølgelængder gennem dem. For eksempel, belægningerne på tonede briller reflekterer, eller "bloker ud, "skadeligt blåt lys og ultraviolette stråler.

Men indtil nu, ingen optisk belægning var nogensinde blevet udviklet, der samtidigt kunne reflektere og transmittere den samme bølgelængde, eller farve.

I et papir i Natur nanoteknologi , forskere ved University of Rochester og Case Western Reserve University beskriver en ny klasse af optiske belægninger, såkaldte Fano Resonance Optical Coatings (FROC'er), der kan bruges på filtre til at reflektere og transmittere farver af bemærkelsesværdig renhed.

Ud over, belægningen kan fremstilles, så den kun reflekterer et meget snævert bølgelængdeområde.

"Smalheden af ​​det reflekterede lys er vigtig, fordi vi ønsker at have en meget præcis kontrol af bølgelængden, " siger den tilsvarende forfatter Chunlei Guo, professor ved Rochester's Institute of Optics. "Før vores teknologi, den eneste belægning, der kunne gøre dette, var et flerlags dielektrisk spejl, det er meget tykkere, lider af en stærk vinkelafhængighed, og er langt dyrere at lave. Dermed, vores belægning kan være et billigt og højtydende alternativ."

Forskerne forestiller sig nogle få anvendelser til den nye teknologi. For eksempel, de viser, hvordan FROC'er kan bruges til at adskille termiske og fotovoltaiske bånd i solspektret. En sådan kapacitet kunne forbedre effektiviteten af ​​enheder, der bruger hybrid termisk-elektrisk energiproduktion som en solenergimulighed. "Ved kun at rette det nyttige bånd af solspektret til en fotovoltaisk celle forhindres dens overophedning, " siger Guo.

Teknologien kan også føre til en seksdobling af levetiden for en solcellecelle. Og resten af ​​spektret "absorberes som termisk energi, som kunne bruges på andre måder, inklusive energilagring til natten, elproduktion, soldrevet vandsanering, eller opvarmning af en vandforsyning, " siger Guo.

"Disse optiske belægninger kan tydeligvis gøre en masse ting, som andre belægninger ikke kan, " tilføjer Guo. Men som med andre nye opdagelser, "det vil tage lidt tid for os eller andre laboratorier at studere dette yderligere og komme med flere ansøgninger.

"Selv da laseren blev opfundet, folk var i starten forvirrede over, hvad de skulle gøre med det. Det var en nyhed at lede efter en ansøgning."

Guos laboratorium, højintensitets femtosekundlaserlaboratoriet, er kendt for sit banebrydende arbejde med at bruge femtosekund-lasere til at ætse unikke egenskaber ind i metaloverflader.

FROC-projektet var et resultat af et ønske om at udforske "parallelle" måder at skabe unikke overflader, der ikke involverer laserætsning. "Nogle applikationer er nemmere med laser, men andre er nemmere uden dem, " siger Guo.

Fano resonans, opkaldt efter fysikeren Ugo Fano, er et udbredt bølgespredningsfænomen, der først blev observeret som et grundlæggende princip for atomfysik, der involverer elektroner. Senere, forskere opdagede, at det samme fænomen også kan observeres i optiske systemer. "Men dette involverede meget komplekse designs, " siger Guo.

Guo og hans kolleger fandt en enklere måde at drage fordel af Fano-resonans i deres optiske belægninger.

De påførte en tynd, 15 nanometer tyk film af germanium til en metaloverflade, skabe en overflade, der er i stand til at absorbere et bredt bånd af bølgelængder. De kombinerede det med et hulrum, der understøtter en smalbåndsresonans. De koblede hulrum udviser Fano-resonans, der er i stand til at reflektere et meget smalt lysbånd.