Lớp phủ Silicon đơn giản giải quyết thách thức quang học lâu dài cho các xung laser mạnh mẽ, cực nhanh

Phương pháp tiếp cận mới mở rộng ứng dụng của các xung laser cực nhanh, mạnh mẽ.

Những vụ nổ nhanh chóng của ánh sáng laser, kéo dài dưới một phần nghìn tỷ giây, được sử dụng trong một loạt các ứng dụng ngày nay. Các xung laser siêu ngắn này cho phép các nhà khoa học quan sát các phản ứng hóa học trong thời gian thực, hình ảnh các mẫu sinh học tinh vi, xây dựng cấu trúc nano chính xác và gửi thông tin liên lạc quang học đường dài, tốc độ bit cao.

Nhưng bất kỳ ứng dụng nào của xung laser siêu ngắn trong quang phổ khả kiến đều phải vượt qua một khó khăn cơ bản – ánh sáng đỏ truyền nhanh hơn ánh sáng xanh qua các vật liệu trong suốt như thủy tinh. Vì vậy, khi một xung laser siêu ngắn đi qua thấu kính thủy tinh, các bước sóng ánh sáng được đóng gói chặt chẽ sẽ tách ra, phá hủy tính hữu ích của chùm tia.

Vấn đề phân tán màu sắc này đã gây khó khăn cho các nhà nghiên cứu quang học trong nhiều thập kỷ. Ngày nay, hầu hết các giải pháp liên quan đến các thành phần bổ sung giúp tăng kích thước và số lượng lớn các thiết bị quang học.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Harvard John A. Paulson (SEAS), phối hợp với Đại học Công nghệ Graz, đã phát triển một lớp phủ silicon, khi phủ lên bề mặt của thấu kính thủy tinh, có thể chống lại các tác động của sự phân tán.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications .

Federico Capasso, Giáo sư Vật lý Ứng dụng Robert Wallace và Nghiên cứu viên Cao cấp về Kỹ thuật Điện tại SEAS và tác giả cấp cao của Vinton Hayes cho biết: “Cách tiếp cận linh hoạt của chúng tôi có thể được triển khai nhanh chóng trong quang học thông thường và các thiết lập quang học. của nghiên cứu.

Lớp phủ siêu mỏng sử dụng các trụ silicon được thiết kế chính xác giúp bắt và giữ ánh sáng đỏ trong thời gian ngắn trước khi phát ra lại. Việc giữ tạm thời này cho phép ánh sáng xanh chuyển động chậm hơn bắt kịp.

Marcus Ossiander, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại SEAS và là tác giả đầu tiên của bài báo cho biết: “Lớp phủ của chúng tôi chống lại hiệu ứng phân tán của vật liệu trong suốt, hoạt động như một vật cản tốc độ đối với ánh sáng đỏ và tính trung bình tốc độ của mỗi bước sóng ánh sáng.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm lớp phủ bằng cách rút ngắn xung laser xuống chỉ còn vài phần tư giây của giây. Lớp phủ silicon nanopillar được tạo ra bằng cách sử dụng các công cụ in thạch bản thương mại giống như chất bán dẫn công nghiệp, giúp dễ dàng nhanh chóng áp dụng các lớp phủ này vào các thành phần quang học hiện có và mở rộng khả năng ứng dụng của xung laser femto giây.

Ossiander cho biết: “Giờ đây, bất kỳ ai cũng có thể mua một ống kính, đặt lớp phủ lên và sử dụng ống kính mà không cần lo lắng về hiện tượng phân tán. “Cách tiếp cận này có thể là cơ sở cho một loạt các quang học chống hoặc không phân tán.”

Tham khảo: “Lớp phủ nano ánh sáng chậm để nén xung siêu ngắn” của M. Ossiander, Y.-W. Huang, WT Chen, Z. Wang, X. Yin, YA Ibrahim, M. Schultze và F. Capasso, ngày 11 tháng 11 năm 2021, Nature Communications .
DOI: 10.1038 / s41467-021-26920-6

Nghiên cứu do YW Huang, WT Chen, Z. Wang, X. Yin, YA Ibrahim và M. Schultze đồng tác giả. Nó được hỗ trợ một phần bởi Văn phòng Nghiên cứu Hải quân (ONR), thuộc chương trình MURI, cấp số không. N00014-20-1-2450, do Văn phòng Nghiên cứu Khoa học Không quân (AFOSR) cấp, theo số cấp. FA95550-19-1-0135 và Trung tâm Hệ thống kích thước nano (CNS), một thành viên của Cơ sở hạ tầng phối hợp công nghệ nano quốc gia (NNCI), được hỗ trợ bởi NSF theo giải thưởng số. ECCS-2025158.

Theo Scitechdaily