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光学物理学

光学物理学

荧光染料可提高超材料的性能

活动中的NIM

美国的物理学家已经克服了困扰设计人员的主要问题。“invisibility cloaks”通过使用内置放大器创建第一个负折射率超材料(NIM)。它补偿了光学NIM中强烈吸收的光,严重限制了它们的实际使用。

与具有正折射率的天然材料不同,NIM具有人工设计的结构,具有负折射率。 NIM具有许多普通材料不具备的理想特性,包括将光聚焦到小于其波长的点的能力(所谓的“hyperlens”。这样的设备可以使光学显微镜观察比今天更小的物体。

在光波长下工作的NIM确实有一个主要缺点–它们的金属成分吸收了大部分通过它们的光。解决这个问题的一种方法是合并“active”将激光染料等材料粘贴到超材料的表面上,但是物理学家一直在努力进行这项工作。但是现在 弗拉基米尔(Vladimir Shalaev) 普渡大学(Purdue University)的同事及其同事已经发现了一种解决吸收问题的方法,方法是将荧光染料掺入其NIM的绝缘组件中。

孔中染料

他们的新设计基于“fishnet”NIM,Shalaev在他的实验室中研究了几年。该结构包括一层夹在两层银之间的氧化铝– each layer being 50 纳米厚。层上打有大约200个椭圆形的孔 跨nm,每280重复一次 类似于网络的正方形阵列中的nm。

团队 created the 活性 NIM by etching away much of the alumina, leaving only thin pillars to prevent the structure from collapsing. The resulting gaps were then filled with an epoxy film containing the fluorescent dye Rhodamine 800 (Rh800).

Pump and 探测

当这些Rh800分子是“pumped” with a pulse of 690–nm–波长的光,它们将发出约730的光 脉冲结束后数纳米内持续几纳秒。如果一个“probe”大约730的光脉冲 nm is fired at the dye during this time, it will stimulate the emission of light from the dye. The stimulated light is identical to the 探测 light, the result being the amplification of the 探测 pulse.

Shalaev及其团队希望通过活性环氧层进行的放大能够克服其NIM中的吸收损耗。为了确认这一点,他们做了“pump-probe”实验他们开了2–ps–NIM处的长泵脉冲,然后是50 ps延迟,然后2 ps探测脉冲。测量了NIM对探测光的吸收,反射率和透射率,然后在没有泵浦脉冲的情况下重复实验。

团队 found that the absorption coefficient of the 抽 NIM was about a million times smaller than when no pumping occurs. Indeed, at 探测 wavelengths of 722–738 nm the combined intensity of the transmitted and reflected light was actually greater than that of the 探测 pulse –证明NIM可以用作放大器。超材料专家 乌尔夫·莱昂哈特 苏格兰圣安德鲁斯大学的一位教授将这项工作描述为“巨大的成就”.

异国情调的前景

沙拉夫告诉 physicsworld.com that 活性 NIMs could be used to create exotic optical devices including 超镜头es –可以成像比使用光学显微镜更小的物体–纳米级波导可以无损失地传输光。该技术甚至可以用于创建隐形装置,该隐形装置使光线围绕物体弯曲,从而将其隐蔽在观察者面前。

团队’s next goal is to replace the dye with a semiconductor material that can be 抽 using an electrical, rather than optical signal. An electrically-driven device would be much easier to integrate with conventional optoelectronics. However, Shalaev believes that optically driven NIMs could also find practical applications.

工作报告在 性质 466 735.

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者