Un puntero láser multicolor que puede usar para cambiar el color del láser con un clic de botón, similar a un bolígrafo multicolor, está un paso más cerca de la realidad gracias a un nuevo material sintético pequeño fabricado en Sandia National Laboratories.
Puede ser divertido imaginar un puntero láser llamativo, pero cambiar el color de un láser tiene muchos otros usos desde descubrir sitios arqueológicos ocultos en bosques densos y detectar signos de vida extraterrestre en el aire hasta acelerar potencialmente y aumentar la capacidad de largo tiempo-distancia de distancia a través de redes de fibra óptica.
Se publicó una investigación sobre el nuevo metamaterial de mezcla de luz Comunicaciones de la naturaleza hoy más temprano. El trabajo fue dirigido por el científico sénior de Sandia Igal Brener junto con colaboradores de la Universidad Friedrich Schiller de Jena. El artículo informa cómo un metamaterial compuesto por una serie de nanocilindros mezclaba dos pulsos láser de luz infrarroja cercana para producir 11 ondas deluz que varía en color desde el infrarrojo cercano, pasando por los colores del arcoíris, hasta el ultravioleta.
Un metamaterial es un material compuesto de pequeñas estructuras repetitivas que interactúan con las ondas electromagnéticas de una manera que los materiales convencionales no pueden. Las estructuras son mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz que están diseñadas para manipular. Son algo similares a las estructuras naturales queDale a las alas de mariposa morfo azul su espectacular iridiscencia. Las alas tienen escamas con pequeñas estructuras repetitivas, que reflejan la luz para producir el color azul.
Metamaterial mezcla la luz para producir 11 nuevas longitudes de onda
Para este mezclador óptico, la matriz de nanocilindros está hecha de arseniuro de galio, un semiconductor utilizado en muchos tipos de dispositivos electrónicos. El arseniuro de galio se dobla o refracta, fuertemente, lo que es esencial para este tipo de metamaterial, dijo Brener. Cada nanocilindromide aproximadamente 500 nanómetros de alto, o 100 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano, con un diámetro de aproximadamente 400 nanómetros. Están distribuidos en un patrón cuadrado a unos 840 nanómetros de distancia entre sí.
Brener. Las formas actuales de mezclar la luz, como las que se usan para los punteros láser verdes, utilizan cristales especialmente diseñados para alinear perfectamente las ondas de luz para permitir la mezcla, esto se llama coincidencia de fase. Debido a las reglas físicas, cada cristal solo puede eficienteunir las fases de un color de luz entrante para producir un color de luz diferente. El metamaterial de Sandia funciona de una manera completamente diferente.
En cambio, el equipo seleccionó dos láseres de infrarrojo cercano con longitudes de onda sintonizadas a las frecuencias resonantes del metamaterial, o las longitudes de onda que rebotan dentro de los nanocilindros, dijo Polina Vabishchevich, nombrada postdoctoral de Sandia y primera autora en el papel. La luz de estosdos láseres, llamados frecuencias A y B, se mezclan para producir 11 colores de diferentes productos de mezcla, incluidos A + A, A + B, B + B, A + A + B y A + B + B, entre otros complejosproductos de mezcla
"Con este pequeño dispositivo y dos pulsos láser pudimos generar 11 colores nuevos al mismo tiempo, lo cual es genial", dijo Vabishchevich. "No necesitamos cambiar los ángulos o unir las fases".
El metamixer óptico tiene potencial para aplicaciones de investigación generalizadas
El metamaterial se realizó utilizando procesos tomados de la fabricación de dispositivos semiconductores. Esta fabricación se realizó en varias instalaciones de Sandia, incluidos el complejo de Ingeniería, Ciencias y Aplicaciones de Microsistemas de Sandia y el Centro de Nanotecnologías Integradas, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía operada conjuntamentecon el Laboratorio Nacional de Los Alamos.
"Si no tuviéramos acceso a la instrumentación que tenemos en Sandia, esta investigación habría sido imposible", dijo Brener. "Sin el sistema láser de femtosegundo especializado de CINT, habría sido muy difícil realizar estas mediciones". Ael femtosegundo es una millonésima de una billonésima de segundo y los láseres de femtosegundo producen una luz potente.
Aunque la eficiencia de conversión para el metamezclador óptico es muy baja, por ejemplo, la luz roja-naranja resultante es muy débil en comparación con la luz entrante, Brener cree que la eficiencia puede mejorarse enormemente con más trabajo, tal vez al apilar varias capasde metamaterial.
Muchos tipos diferentes de investigación química y biológica, desde el uso de microscopios especializados para estudiar cómo las enfermedades evaden el sistema inmune hasta el estudio de la química de la combustión para mejorar la eficiencia del vehículo, requieren luz en longitudes de onda específicas. Este metamezclador óptico podría convertir la luz de los láseres en unnueva longitud de onda donde un láser podría no estar disponible o permitir a los investigadores cambiar de una longitud de onda a otra sin tener que comprar un láser diferente, dijo Brener.
Los láseres conmutables y sintonizables también podrían ser útiles en la investigación biológica, química y atmosférica; detección remota; comunicación basada en fibra óptica; incluso óptica cuántica.
El equipo de investigación incluyó colaboradores de la Universidad Friedrich Schiller de Jena; John Reno, un científico de materiales de CINT que cultivó los semiconductores; el físico de Sandia Mike Sinclair, que estuvo involucrado en el modelado y la teoría; y dos ex investigadores de Sandia, Sheng Liu y Gordon Keeler.
Este trabajo fue financiado por la Oficina de Ciencia del DOE.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Sandia National Laboratories . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :