Резонансное оптическое покрытие Фано может пропускать и отражать свет с одинаковой длиной волны, что стало прорывом в области оптических покрытий.
Более века оптические покрытия использовались для лучшего отражения света с определенной длиной волны от линз и других предметов или, наоборот, для лучшего пропускания света с определенной длины волны сквозь них. К примеру, покрытия на очках с цветными стеклами отражают ("блокируют") вредный синий свет и ультрафиолетовые лучи.
Но до сих пор не существовало оптических покрытий, которые могли бы одновременно и отражать и пропускать свет с одинаковой длиной волны (цветом).
В статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology, исследователи из Рочестерского университета и Западного резервного университета Кейза описывают новый класс оптических покрытий, так называемые резонансные оптические покрытия Фано, которые можно использовать на фильтрах, чтобы отражать и пропускать свет, получая цвет невероятной чистоты.
К тому же, можно сделать так, чтобы это покрытие полностью отражало только очень узкий диапазон длин волн.
"Узость этого диапазона важна, поскольку мы хотим добиться очень точного контроля длины волны", — говорит Чуньлэй Го, профессор из Института оптики при Рочестерском университете. "До появления нашей технологии единственным покрытием с похожими свойствами было многослойное диэлектрическое зеркало, которое гораздо толще, имеет сильную угловую зависимость, а его производства стоит намного дороже. Таким образом, наше покрытие может стать его недорогой и высококачественной альтернативой".
Исследователи видят несколько областей применения для новой технологии. Например, было продемонстрировано, как можно использовать резонансные оптические покрытия Фано для разделения полос спектра солнечного излучения для получения тепловой энергии и электрического тока. Это свойство может повысить эффективность гибридных солнечных коллекторов, вырабатывающих как тепловую, так и электроэнергию. "Направляя только нужную полосу спектра на фотоэлектрический элемент, мы можем предотвратить его перегрев", — говорит Го.
Эта технология может также в шесть раз продлить срок службы фотоэлектрического элемента. А остальная часть спектра "поглощается как тепловая энергия, которую можно использовать для других целей, включая накопление энергии для темного времени суток, выработку электроэнергии, очистку воды или ее нагрев", — говорит Го.
"Эти оптические покрытия, очевидно, могут то, что не под силу другим покрытиям", — добавляет он. Но, как и с любым новым открытием "понадобится время, чтобы мы и специалисты из других лабораторий провели необходимые исследования и предложили разные варианты применения.
Даже после изобретения лазера люди изначально не могли решить, что с ним делать. Это была новинка, еще не нашедшая своего применения".
Создание резонансных оптических покрытий Фано
Лаборатория Го (Лаборатория фемтосекундных лазеров с высокой интенсивностью излучения) известна своими инновационными работами с использованием фемтосекундных лазеров для придания металлическим поверхностям уникальных свойств.
Проект по резонансным оптическим покрытиям Фано появился в результате желания изучить новые способы создания уникальных поверхностей без применения лазерного травления. "В некоторых случаях проще использовать лазер. В других — наоборот", — говорит Го.
Резонанс Фано, названный в честь физика Уго Фано, представляет собой распространенное явление рассеяния волн, впервые наблюдаемое в качестве фундаментального принципа атомной физики с участием электронов. Затем ученые обнаружили, что-то же явление можно наблюдать и в оптических системах. "Но здесь возникает много трудностей", — говорит Го.
Го и его коллеги нашли более простой способ воспользоваться преимуществами резонанса Фано в оптических покрытиях.
Они нанесли тонкую (15 нм) пленку германия на металл, получив поверхность, способную поглощать широкий диапазон длин волн. Затем добавили резонатор, поддерживающий узкополосный резонанс. Связанные резонаторы обеспечивают резонанс Фано, способный отражать очень узкий диапазон длин волн.
Проект выполнялся при финансовой поддержке Управления научно-исследовательской работы сухопутных войск, Национального научного фонда и компании AlchLight.
Источник: University of Rochester
