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比电子电路快100倍!造新一代光学器件只需两分钟!

归档日期:07-09       文本归类:光学干扰装置      文章编辑:爱尚语录

  光学电路将彻底改变许多器件的性能。它们不仅比电子电路快10到100倍,而且耗电量也少得多。在这些电路中,光波由被称为超表面的极薄表面控制,超表面可以集中光波并在需要时引导光波。这些超表面含有间隔规则的纳米颗粒,可以在亚微米波长范围内调制电磁波。Metasurfaces可以让工程师们制造出柔韧的光子电路和超薄光学器件,应用范围从柔韧的平板电脑到具有增强光吸收特性的太阳能电池板。它们还可以用来制造灵活的传感器,直接放置在病人的皮肤上,例如,用来测量脉搏和血压或检测特定的化合物。

  问题是,使用传统方法光刻创建元表面是一个非常讲究的过程,需要几个小时,而且必须在洁净室中完成。但是来自光子材料和光纤设备实验室(FIMAP)的EPFL工程师们现在已经开发出一种简单的方法,可以在不需要洁净室的情况下,在几分钟内(有时甚至是在室温下)制造出它们。EPFL的工程方法学院生产的介电玻璃元表面可以是刚性的,也可以是挠性的,其研究成果发表在《自然纳米技术》上。

  这种新方法采用了流体力学中已经使用的自然过程:脱水。当材料的薄膜沉积在基体上并加热时,就会发生这种现象。热量使薄膜收缩并分裂成微小的纳米颗粒。该研究的主要作者、FIMAP的负责人法比安索林说:在制造业中,除湿被视为一个问题。通过这种方法,工程师们第一次能够创造出介电玻璃的超表面,而不是金属的超表面。介电超表面的优点是,它们吸收的光很少,折射率很高,因此可以调节通过它们传播的光。为了构建这些元表面,工程师首先创建了具有所需架构的基体纹理。然后在只有几十纳米厚的薄膜上沉积了一种物质——在这种情况下是硫族玻璃。

  这种新方法采用了流体力学中已经使用的自然过程:脱水。图片:Vytautas Navikas / 2019 EPFL随后加热基质几分钟,直到玻璃变得更加流体化,纳米颗粒开始按照基质的纹理大小和位置形成。这种方法非常有效,它可以用几层纳米颗粒或间隔10纳米的纳米颗粒阵列生成高度复杂的超表面。这使得metasurfaces对环境条件的变化非常敏感,比如检测到即使是非常低浓度的生物制品。这是第一次用湿法来创造玻璃超表面。其优点是,超表面光滑而有规律,可以很容易地在大的表面和灵活的基底上生产。

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