Пузырьковые линзы для наноразмерных световых пучков

Источник: phys.org

Чтобы изогнуть световой луч по заданным параметрам, часто требуется сложный и громоздкий набор зеркал, линз и призм. Но, как выяснили исследователи Университета штата Пенсильвания (США), ту же работу могут выполнить несколько крошечных пузырьков жидкости. Именно пузырьковые линзы способны стать началом разработки следующего поколения высокоскоростных схем и дисплеев. Для объединения скорости оптической связи с портативностью электронных схем, часто используется наноплазмоника. Это устройства, которые при помощи коротких электромагнитных волн модулируют свет в нанометровом масштабе, где обычная оптика не работает. Тем не менее, управлять направлением луча и фокусировкой такого модулированного света на заданной цели довольно трудно.

Диапазон реконфигурации твердотельных устройств наноплазмоники ограничен. Команда под руководством адъюнкт-профессора Тони Джун Хуана создала и исследовала пузырьковые линзы для управления узкими лучами света. Пузырек жидкости формируется, когда вода на золотой подложке нагревается при помощи низкоинтенсивного лазерного излучения. Оптические свойства крошечного пузырька остаются неизменными, пока сохраняется действие лазера и температура окружающей среды. Наноразмерный световой луч, модулированный короткими электромагнитными волнами (поверхностными плазмонными поляритонами, SPP), направляется в пузырьковую линзу. За счет перемещения или регулировки мощности управляющего лазера влияние линзы на свет может измениться. К примеру, луч света может направляться в виде концентрированного пучка на заданную цель, а может распространяться в виде дисперсной волны.

Изменение состава жидкости также влияет на преломление света. Материалы для создания пузырьковых линз стоят дешево, сами линзы легко убрать, заменить или переместить на другое место. Как отмечает профессор Хуан, помимо способности к реконфигурации и дешевизны, пузырьковые линзы имеют еще одно важное преимущество перед твердотельными аналогами — это естественная гладкость поверхности. А от гладкости линз напрямую зависит качество проходящего сквозь них света. Ученые планируют в ближайшем будущем выяснить, как форма пузыря влияет на направление луча света и расположение фокусного центра. Точный контроль над наноразмерными световыми пучками позволит усовершенствовать биомедицинские устройства «на чипе» и получать изображения с невозможным ранее разрешением.