哈佛大学开发新型硅纳米柱涂层，有望解决透明光学元件的光色散问题
2021-11-27 19:38:43 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
这种纳米涂层可以应用于薄型基板，以有意缩短拉长的脉冲，或应用于厚光学元件，以补偿其群延迟色散，从而使涂层成为抗色散或非色散光学阵列的基础。
据麦姆斯咨询报道，哈佛大学约翰保尔森工程与应用科学学院Federico Capasso教授的超材料开发课题组研究的一个项目，有望解决光学系统中不必要的光色散问题。
该研究成果特别有利于使用飞秒激光脉冲的应用，在飞秒激光脉冲中，红光通过玻璃的速度与蓝光通过同一玻璃的速度之间的本质差异会拉长脉冲，并对成像和通信带来问题。
已发表于Nature Communications的这项新研究开发了一种硅涂层，可以应用于玻璃透镜表面，抵消色散效应。
纳米涂层光压缩器的工作原理和设计
Federico Capasso说：“我们开发的这种灵活方法，可以快速用于传统光学元件和光学装置，并适应不同的光谱区域和应用。”
这种纳米涂层由高约600纳米、宽约160纳米的硅纳米柱组成，可以有效地充当玻璃透镜表面的波导阵列。
表面效应：波长控制
纳米柱和入射光电场分布之间的相互作用，可以抵消穿过玻璃的脉冲的时间展宽，本质上延迟红光，使蓝光可以赶上。
据论文介绍：“研究人员定制了硅纳米柱阵列的色散，使其在传输时利用慢光效应在时间上重塑脉冲，充当一种超短激光脉冲压缩器。”
这种方法可以应用于两种不同的场景。据称，该纳米涂层可以应用于薄型基板，以有意缩短拉长的脉冲，或应用于厚光学元件，以补偿其群延迟色散，从而使涂层成为抗色散或非色散光学阵列的基础。
这项研究将图案化纳米表面应用于光的操纵和不必要波长效应的消除，在一些应用中具有潜在的价值。这类研究的另一个案例如哥伦比亚大学2018年的一个项目，它们开发了一种能够减轻色散并将大范围波长聚焦到同一焦点的透镜。
设计复杂脉冲形状
哈佛大学博士后研究员Marcus Ossiander说：“我们的涂层抵消了透明材料的色散效应，充当了红光的‘减速带’，平均了每个波长的光速。”
试验显示，该涂层被证明能够在可见光到近红外光谱区进行宽带脉冲压缩，使其在许多潜在应用中具有重要意义。其纳米柱涂层采用商用光刻设备制作，因此，很容易将它们应用于现有的光学元件。
据该研究团队表示，未来的研究可能会看到堆叠或更复杂的结构，扩展到设计复杂的脉冲形状，以连贯地控制化学反应和量子系统，或优化非线性过程。
Ossiander说：“现在，任何人都可以买一个镜头，涂上我们开发的这种涂层，不用再担心色散问题。”
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