Найден способ удвоения света при помощи наноколпачков

СТМ-изображение отдельных наноколпачков при различных углах между осью симметрии наноструктуры и плоскостью поверхности. СТМ-изображение отдельных наноколпачков при различных углах между осью симметрии наноструктуры и плоскостью поверхности.

Исследователи из США утверждают, что нашли новый способ преобразования света из красного спектрального диапазона в оптическое излучение синего диапазона. Техника, известная как удвоение частоты (или генерация второй гармоники) использует так называемые нано-колпачки, представляющие собой трехмерные искусственно созданные плазмонные структуры, расширяющие возможности методики.

Сама по себе методика генерации второй гармоники является важным нелинейным оптическим процессом, который активно используется, начиная с 1960-х годов для создания новых источников света, а также в некоторых приложениях метрологии.

В рамках этого процесса два фотона с некой частотой (и, соответственно, энергией) преобразуются в один фотон с удвоенной энергией (с частотой в два раза превышающей первоначальную). Впервые эта техника была продемонстрирована в 1961 году, когда исследователи сфокусировали излучение рубинового лазера с длиной волны 694 нм в кварцевом образце и обнаружили, что на выходе из образца волна имеет длину 347 нм (т.е. частоту в два раза большую, по сравнению с первоначальной).

Сегодня этот эффект чаще всего воспроизводится в нелинейных средах, а также некоторых оптических кристаллах. Сама по себе генерация второй гармоники широко используется, например, чтобы сделать зеленые лазеры с длиной волны 532 нм (на основе источника оптического излучения с длиной волны 1064 нм). До сих пор техника имела определенные ограничения применимости, т.к. необходимо было подбирать нелинейные оптические среды под частоту падающего света.

Группа ученых из Rice University (США) предложила принципиально новый нелинейный оптический материал для воспроизведения этого эффекта. Для процесса генерации второй гармоники ученые использовали так называемые наноколпачки (или полусферы), состоящие из наночастиц диэлектрика, поверх которых методом напыления был нанесен слой металла (в рамках эксперимента использовалось золото).

Предложенная конструкция обладает плазмонным резонансом – коллективными колебаниями свободных электронов проводимости, которые могут сильно взаимодействовать со светом на определенных частотах. В своих экспериментах ученые показали, что созданные ими структуры реагируют как на электрическую, так и на магнитную составляющую света, отличаясь при этом уникальными свойствами преломления.

Ученым удалось генерировать вторую гармонику, относящуюся к ультрафиолетовому диапазону, от единичных наноструктур путем настройки плазмонного резонанса под частоту падающего света (имевшего длину волны 800 нм). Результирующий свет был проанализирован. В результате было обнаружено, что существует возможность увеличивать интенсивность второй гармоники, наклоняя наноструктуры относительно оптической оси падающего луча (увеличивая угол между осью симметрии наноструктуры и оптической осью пучка света).

Предложенная методика позволяет генерировать вторую гармонику не менее эффективно, чем техники, основанные на использовании других материалов. По мнению ученых, их работа может привести к развитию других типов нелинейных оптических материалов, которые могут работать на таких частотах «изначального» излучения, которые сейчас не доступны существующим оптическим кристаллам.

Ученые утверждают, что с помощью разработанных структур могут создаваться не только материалы для генерации второй гармоники. Они считают, что наноколпачки будут полезны в фотонных устройствах, параметрических оптических генераторах и усилителях, электрооптических и акустооптических модуляторах и т.п. Наноколпачки также могут быть интегрированы в кремниевые фотонные устройства.

Подробно результаты работы описаны в статье в журнале Nano Letters.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (9 votes)
Источник(и):

1. sci-lib.com

2. nanotechweb.org