超薄硅涂层解决了超快激光脉冲长期存在的光学难题

摘要:

今天,持续时间不到万亿分之一秒的快速激光爆发被用于一系列的应用中。这些超短激光脉冲使科学家们能够实时观察化学反应,对精细的生物样本进行成像,建造精确的纳米结构,并发送长距离、高比特率的光通信。但是,在可见光谱中应用超短激光脉冲必须克服一个基本的困难--红光在玻璃等透明材料中的传播速度比蓝光快

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因此,当超短激光脉冲通过玻璃透镜时,紧密排列的光的波长会分离,破坏光束的效用。这个色散问题已经困扰了光学研究人员几十年了。今天,大多数解决方案涉及额外的组件却增加了光学设备的尺寸和体积。

现在,哈佛大学约翰-A-保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员与格拉茨理工大学合作开发出一种硅涂层,当它应用于玻璃透镜的表面时,可以抵消色散的影响。

这项研究发表在《自然通讯》上。

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具有158纳米纳米柱子直径的压缩机的扫描电子显微镜图片

该研究的资深作者、SEAS的罗伯特-华莱士应用物理学教授和Vinton Hayes电子工程高级研究员Federico Capasso说:"我们的灵活方法可以在传统的光学和光学设置中迅速实现,并适应不同的光谱区域和应用。"

超薄涂层使用精确设计的硅柱,在重新发射红光之前短暂地捕捉和保持红光。这种暂时的保留使移动速度较慢的蓝光得以追赶上来。

"我们的涂层抵消了透明材料的色散效应,充当了红光的减速器,并平均了每个波长的光的速度,"SEAS的博士后研究员和论文的第一作者Marcus Ossiander说。

研究人员通过将激光脉冲缩短到只有几万亿分之一秒来测试该涂层。 纳米柱状硅涂层使用与工业半导体相同的商业光刻工具制成的,这使得快速将这些涂层应用于现有的光学元件变得容易,并扩大了飞秒激光脉冲的适用性。

"现在,任何人都可以买一个镜头,把涂层放在上面,然后使用这个镜头,而不用担心色散问题,"Ossiander说。"这种方法可以成为反色散或非色散光学器件阵列的基础。"

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