Пузырьки жидкости – новые линзы для наноплазмонных устройств

Успехи в наноплазмонике – манипулировании светом в наномасштабе при помощи коротких электромагнитных волн (поверхностных плазмонных поляритонов) – сделали возможным сочетание скорости оптических коммуникаций с портативностью электронных схем. Однако фокусировка и нацеливание на нужные объекты модулированного луча света остаются трудноосуществимыми. Используемые для этого различные полупроводниковые устройства имеют весьма ограниченные возможность реконфигурирования.

Мельчайшие пузырьки жидкости, с которыми экспериментируют в Университете штата Пенсильвания (Penn State), справляются с этими задачами гораздо лучше. Параметры пузырьковой линзы – ее величина, форма и местоположение – можно задавать и менять очень быстро, управляя фокусировкой и направлением света, проходящего через нее.

Сотрудники Penn State формировали пузырьковые линзы нагревая воду на поверхности золота лазером небольшой мощности. Оптические функции созданной линзы оставались неизменными при постоянных интенсивности лазерного луча и температуре окружающей среды.

Перенацеливание или варьирование мощности лазера способно превращать выходящий из линзы луч из рассеянного, в концентрированный на определенной цели. Изменение жидкого вещества линзы также влияет на характер ее действия.

Материалы для линз недороги, а сами они просты в эксплуатации: при необходимости их можно быстро растворять, передвигать и заменять.

Коллектив под руководством адъюнкт-профессора Тони Дзюнь Хуана (Tony Jun Huang) сначала смоделировал поведение светового луча и пузырьковой линзы по отдельности и оптимизировал их ключевые характеристики, а затем, совместил оба компонента в лабораторных условиях. Результаты своей работы ученые опубликовали в Nature Communications.

В дальнейших исследованиях коллектив Penn State планирует установить характер воздействия на поведение луча формы пузырька. Понимание этого сделает возможным тонкую настройку фокуса и направления света, позволит усовершенствовать встраиваемые в микросхемы биомедицинские лаборатории и технологии получения супер-разрешения, откроет дорогу следующему поколению высокоскоростных чипов и дисплеев.