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半导体和电子产品

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半导体光盘可以提高夜视

05 Jan 2017
研究员的照片在一个光学实验室在anu
频率双重:Maria del Rocio Camacho-Morales研究新的光学材料。 (礼貌:ANU)

通过澳大利亚,中国和意大利的研究人员开发了一种制造能够将红外线转换为可见光的纳米级光学晶体的新方法。新技术允许将晶体放在玻璃上,并可能导致全息成像的改善 - 甚至是改进的夜视护目镜的发展。

二次谐波产生或频率倍增,是光学过程,由此具有相同频率的两个光子在非线性材料内组合以形成原始光子的频率(和一半的波长)的单个光子。激光器行业通常使用该过程,其中绿色532nm激光由1064nm红外源产生。纳米技术的最新进程已经开辟了使用纳米级晶体的有效频率加倍的潜力 - 可能导致各种新应用。

具有二阶非线性敏感性的材料 - 例如砷化镓(GaAs)和铝镓砷(Algaas) - 对于这些应用特别感兴趣,因为它们的低位非线性使得它们在转换时有效。

衬底不匹配

为了能够利用在实际装置中的第二次谐波产生,必须在具有相对低的折射率(例如玻璃)的基板上制造这些纳米结构,使得光可以通过光学装置。然而,这是具有挑战性的,因为薄膜中的GaAs基晶体的生长 - 和III-V型半导体一般 - 需要晶体基材。

“这就是为什么在低折射率衬底上呈现出低折射率衬底,如玻璃的原因导致无与伦比的晶格参数,这导致结晶缺陷,” explains Dragomir Neshev.是澳大利亚国立大学(ANU)的物理学家。他补充说,这些缺陷导致薄膜的电子,机械,光学和热性能的不需要的变化。

纳米晶体如此小,它们可以作为普通眼镜的超薄薄膜装配,以实现夜视
龙眼Neshev,Anu

以前的尝试克服这个问题导致了糟糕的结果。例如,一种方法依赖于将缓冲层放置在藻类膜下,然后将其氧化在藻类膜下。然而,这些缓冲层倾向于具有比常规玻璃基板更高的折射率。或者,在制造纳米结构之前,可以将藻类膜转移到玻璃表面。在这种情况下,结果是质量较差的纳米晶体。

最好的两者

新研究由南欧,南开大学大学和布雷西亚大学的Neshev和同事组成,他组合了两种不同方法的优势,开发了一种新的制造方法。首先,在GaAs晶片上使用电子束光刻制造直径约500nm的高质量的盘形纳米晶体,其用作两者之间的缓冲器。然后溶解缓冲液,并且盘涂覆在苯并环丁烯的透明层中。然后可以将其连接到玻璃基板上,并且GaAs晶片剥离,对纳米结构的最小损坏。

开发可以具有各种应用。“纳米晶体如此之小,它们可以作为普通眼镜的超薄薄膜装配,以实现夜视,”NESHEV说明,通过将频率加倍与其他非线性相互作用相结合,薄膜可用于将隐形的红外光转换为可见光谱。

如果可以进行,这种改性眼镜将是传统夜视双筒望远镜的改善,这往往很大而且繁琐。为此,该团队正致力于扩大纳米晶体薄膜的大小以覆盖典型的眼镜镜片区域,并希望在未来五年内完成原型设备。

安全全息图

沿着频率倍增,团队还能够调整纳米乐接来控制发出的光的方向和极化,这使得薄膜更有效。“接下来,也许我们甚至可以为光线设计光线并为安全标记制作复杂的形状,例如非线性全息图,”Neshev说,添加:“发射的精确极化的工程对于其他应用诸如显微镜的其他应用也很重要,这允许光专注于较小的体积。”

“矢量波束具有空间排列的偏振分布,对其各种技术领域的应用引起了极大的兴趣,” says 齐文詹是,俄亥俄州大顿大学的工程师,没有参与这项研究。他补充说,新型制造技术,“通过非线性光学过程打开用于​​在不同频率下产生矢量字段的新大道”.

通过初步研究完成,Neshev及其同事现在正在寻求改进其纳米环,两者都可以提高波长转换过程的效率,而且还可以将效果延长到其他非线性相互作用,例如下转换。

该研究在杂志中描述了 纳米字母.

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者