eng
Просмотры: 428
12.04.2022
Оптические метаповерхности - это наноузорчатые слои субволновой толщины, которые сильно взаимодействуют со светом, тем самым значительно изменяя свойства света на субволновой толщине.
Предложен принципиально новый метод управления светом, основанный на рассеянии от резонансных наноструктур, а не на обычном преломлении и распространении, что позволяет эффективно управлять фазой, поляризацией и излучением.
Оптические метаповерхности используются для проектирования и изготовления ультратонких оптических элементов и систем с возможностями, превосходящими характеристики обычных дифракционных оптических элементов. Они позволяют создавать ряд новых объектов, таких как кожные плащи или плоские металлические линзы, а также более эффективные голограммы.
Метаповерхности могут быть изготовлены с помощью стандартных методов литографии и наноимпринтинга. Однако такие методы подходят только для небольших площадей, поскольку структурная сложность оптических метаповерхностей создает трудности для их масштабирования и применения в больших объемах.
Исследователи решили эту проблему с помощью метода печати оптических метаповерхностей без использования литографии. Для этого они используют оптическую полость, сформированную многослойной структурой из ультратонких металлических и диэлектрических покрытий, с критическим условием связи, при котором поглощение оптической полости на резонансной частоте записи практически идеально.
В журнале Nano Letters опубликована статья "Резонансная лазерная печать оптических метаповерхностей", в которой раскрываются подробности применения этого метода и его научные основы.
"Традиционные технологии лазерной обработки полагаются на высокую плотность энергии в сфокусированном пучке, получаемом от импульсного лазера, в сочетании с ультракороткими фемто- и пикосекундными импульсами для пространственного ограничения нагрева, вызванного лазерным излучением", – поясняет профессор Сяолун Чжу из Государственной лаборатории прецизионной спектроскопии Восточно-Китайского нормального университета в Шанхае. "Например, сверхбыстрые фемтосекундные лазеры недавно были введены для последующей обработки подготовленных метаповерхностей, где ближние инфракрасные фемтосекундные импульсы обычно не входят в резонанс с резонансными свойствами плазмонных или диэлектрических наноантенн, резонирующих в видимом диапазоне".
В отличие от этого, продолжает он, резонансная лазерная печать, применяемая в нашей текущей работе, использует резонансные особенности с улучшенным удержанием света в плазмонных или высокоиндексных материальных резонаторах.
С помощью резонансной лазерной печати достигается получение метаповерхностей для структурных цветов (где цвета являются исключительно результатом взаимодействия наноструктурированной поверхности и света), оптических голограмм и дифракционных оптических элементов с потреблением энергии менее 1 наноджоуля и временем печати до 1 наносекунды на точку.
В качестве "бумаги" для лазерной печати исследователи использовали ультратонкую пленку, состоящую из диэлектрика TiO2, помещенную между идеальным алюминиевым проводником и тонкой полупрозрачной металлической пленкой, выполненной из золота. Эта многослойная пленка проста в изготовлении и экономически эффективна для увеличения масштабов и изготовления на больших площадях.
Исследователи отмечают, что наноразмерные структуры, созданные на пленке Al-TiO2-Au, являются прочными и, как правило, могут прослужить дольше, чем большинство красок или пигментов.
Оптические метаповерхности используются для проектирования и изготовления ультратонких оптических элементов и систем с возможностями, превосходящими характеристики обычных дифракционных оптических элементов. Они позволяют создавать ряд новых объектов, таких как кожные плащи или плоские металлические линзы, а также более эффективные голограммы.
Метаповерхности могут быть изготовлены с помощью стандартных методов литографии и наноимпринтинга. Однако такие методы подходят только для небольших площадей, поскольку структурная сложность оптических метаповерхностей создает трудности для их масштабирования и применения в больших объемах.
Исследователи решили эту проблему с помощью метода печати оптических метаповерхностей без использования литографии. Для этого они используют оптическую полость, сформированную многослойной структурой из ультратонких металлических и диэлектрических покрытий, с критическим условием связи, при котором поглощение оптической полости на резонансной частоте записи практически идеально.
В журнале Nano Letters опубликована статья "Резонансная лазерная печать оптических метаповерхностей", в которой раскрываются подробности применения этого метода и его научные основы.
"Традиционные технологии лазерной обработки полагаются на высокую плотность энергии в сфокусированном пучке, получаемом от импульсного лазера, в сочетании с ультракороткими фемто- и пикосекундными импульсами для пространственного ограничения нагрева, вызванного лазерным излучением", – поясняет профессор Сяолун Чжу из Государственной лаборатории прецизионной спектроскопии Восточно-Китайского нормального университета в Шанхае. "Например, сверхбыстрые фемтосекундные лазеры недавно были введены для последующей обработки подготовленных метаповерхностей, где ближние инфракрасные фемтосекундные импульсы обычно не входят в резонанс с резонансными свойствами плазмонных или диэлектрических наноантенн, резонирующих в видимом диапазоне".
В отличие от этого, продолжает он, резонансная лазерная печать, применяемая в нашей текущей работе, использует резонансные особенности с улучшенным удержанием света в плазмонных или высокоиндексных материальных резонаторах.
С помощью резонансной лазерной печати достигается получение метаповерхностей для структурных цветов (где цвета являются исключительно результатом взаимодействия наноструктурированной поверхности и света), оптических голограмм и дифракционных оптических элементов с потреблением энергии менее 1 наноджоуля и временем печати до 1 наносекунды на точку.
В качестве "бумаги" для лазерной печати исследователи использовали ультратонкую пленку, состоящую из диэлектрика TiO2, помещенную между идеальным алюминиевым проводником и тонкой полупрозрачной металлической пленкой, выполненной из золота. Эта многослойная пленка проста в изготовлении и экономически эффективна для увеличения масштабов и изготовления на больших площадях.
Исследователи отмечают, что наноразмерные структуры, созданные на пленке Al-TiO2-Au, являются прочными и, как правило, могут прослужить дольше, чем большинство красок или пигментов.
Комментарии читателей
