Forscher der Universität von Michigan haben ein winziges Gerät entwickelt, das Licht biegen kann, um neue Strahlung zu erzeugen. Universität von Michigan
Forscher der University of Michigan haben entwickelt ein kleines Gerät das Licht biegen kann, um Strahlung zu erzeugen. Das Gerät in Match-Head-Größe biegt Licht in einem Kristall, um Synchrotronstrahlung in einem Labor zu erzeugen.
Das vom Team der University of Michigan entwickelte Gerät biegt sichtbares Licht, um Licht mit einer Wellenlänge im Terahertz-Bereich zu erzeugen. Dieser Bereich ist größer als sichtbares Licht, aber kleiner als die von einer Mikrowelle erzeugten Wellen.
Wissenschaftler verkleinern den Prozess drastisch
Normalerweise wird diese Art von Verfahren in sehr großen Einrichtungen durchgeführt. Die Zusammenarbeit von Roberto Merlin und Meredith Henstridge mit ihrem Team hat es jedoch geschafft, sie zu verkleinern.
Das neue winzige Gerät enthält ein gedrucktes Muster aus mikroskopisch kleinen Goldantennen auf der polierten Fläche eines Lithium-Tantalat-Kristalls, der als Metaoberfläche bezeichnet wird. Anschließend wurde Licht durch das Muster der Antennen gepulst, das das Licht bog und Synchrotronstrahlung erzeugte.
„Anstatt Linsen und räumliche Lichtmodulatoren für diese Art von Experimenten zu verwenden, haben wir herausgefunden, dass Sie durch einfaches Strukturieren einer Oberfläche mit einer Metaoberfläche ein ähnliches Ziel erreichen können.“ sagte Roberto Merlin, Professor für Physik und Elektrotechnik sowie Informatik.
„Um Licht in eine Kurve zu bringen, muss jedes Stück des Lichtstrahls auf eine bestimmte Intensität und Phase geformt werden, und jetzt können wir dies auf äußerst chirurgische Weise tun.“ Die Metaoberfläche besteht aus 10 Millionen Winzlingengekrümmte Antennen, die viel kleiner sind als das einfallende Licht.
Forscher hoffen, Gerät weiterzuentwickeln
Ein Laser, der superkurze Lichtblitze erzeugt, wird auf die Antennen gerichtet, wo er bewegt wird, um entlang der gekrümmten Flugbahn im Kristall zu beschleunigen. Derzeit erzeugt das Gerät Synchrotronstrahlung, die viele Terahertz-Frequenzen enthält, da die Lichtimpulse nur einen Bruchteil der Zeit zurücklegeneines Kreises.
Das Team der University of Michigan, dem Forscher der Purdue University angehörten, hofft, das Gerät weiter zu verfeinern, sodass sich der Lichtpuls kontinuierlich auf einer Kreisbahn dreht und Synchrotronstrahlung mit einer einzigen Terahertz-Frequenz erzeugt. Terahertz-Quellen mit einer Frequenz werden von Wissenschaftlern verwendetdas Verhalten von Atomen oder Molekülen in einem bestimmten Feststoff, einer bestimmten Flüssigkeit oder einem bestimmten Gas zu untersuchen.
Kommerzielle Anwendungen der Technologie werden verwendet, um nach Gegenständen zu suchen, die in Kleidungs- und Verpackungskisten versteckt sind. Zu identifizierende Gegenstände wie Drogen, Sprengstoffe und giftige Gase weisen einen identifizierenden Fingerabdruck auf, der unter Terahertz-Spektroskopie sichtbar ist.
Die Verwendung des neuen Geräts geht jedoch über die Sicherheitsbranche hinaus. „Terahertz-Strahlung ist für die Bildgebung in den biomedizinischen Wissenschaften nützlich.“ Meredith Henstridge sagte: „Zum Beispiel wurde es verwendet, um zwischen krebsartigem und gesundem Gewebe zu unterscheiden. Eine On-Chip-Terahertz-Quelle mit einer Frequenz, wie ein winziges lichtgetriebenes Synchrotron wie unser Gerät, kann neue Fortschritte ermöglichenin all diesen Anwendungen. ”
Die Studie wurde in der Zeitschrift Science veröffentlicht. Weitere Purdue-Forscher sind Vladimir Shalaev, Di Wang und Alexandra Boltasseva.
Via : Universität von Michigan