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近场光研究促进了粒子操纵高分辨率显微镜等

更新时间:2020-09-14 20:11点击:

  有很多类型的光,有些是可见的,有些是人眼看不见的。例如,我们的眼睛和大脑没有工具可以在紫外线照射到我们的眼睛时使其不可见。但是还有另一种看不见的光,仅仅是因为它永远不会到达我们的眼睛。当光线照射到某些表面时,它的一部分会粘在后面并留在后面,而不是被传输或散射开。这种类型的光称为近场光。

近场光研究促进了粒子操纵高分辨率显微镜等

  如今,近场光主要用于超高分辨率显微镜,即近场扫描光学显微镜(NSOM)。但是,近场光在粒子操纵,传感和光学通信方面也具有未开发的潜力。但是,由于近场光无法像远场光那样进入我们的眼睛,因此研究人员尚未开发出全面的工具包来利用和操纵近场。

  哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的客座教授Vincent Ginis说:“今天,我们有很多工具和技术来设计远场光。” “我们有透镜,望远镜,棱镜和全息图。所有这些东西使我们能够雕刻出在太空中自由传播的光。”

  现在,SEAS研究人员已经开发出一种模制近场光的系统,从而为对这种强大的,很大程度上未开发的光进行前所未有的控制打开了大门。这项研究发表在《科学》杂志上。

  “多年来,我们小组已经开发出了强大的新技术,可以使用亚波长图案的超表面来构造传播的光,” Federico Capasso,罗伯特·华莱士应用物理学教授和Vinton Hayes电机工程高级研究员,该论文的高级作者说。 。“通过这项工作,我们将展示如何在远处构造近场,从而为科学和技术领域带来令人兴奋的机遇。”

  为了操纵近场光,研究人员开发了一种装置,其中限制在波导中的光在两个反射器之间来回反弹。每次弹跳后,它都会改变模式,这意味着它会以不同的空间模式传播。多次反射时,这些图案加起来会沿波导生成复杂的光强度曲线。波导表面附近的近场光也会改变。当近场光的所有不同图案彼此叠加时,将创建特定的形状。研究人员可以通过调整反射光的模式幅度来对形状进行预编程。

  该论文的共同作者,SEAS的研究人员Marco Piccardo说:“所有这些模式的共存都可以设计成在设备表面随意创建近场风景。“景观的形状取决于级联光的组合属性。”

  “有点像音乐,”吉尼斯说。“您听到的音乐是许多音符或以作曲家所构想的模式组合而成的模式的叠加。仅一个音符就不多了,但放在一起就可以产生任何类型的音乐。当音乐及时运转时,我们接近场发生器在三维空间中运行,我们设备的另一个有趣之处在于,一个音符会产生另一个音符。”

  重要的是,该成型过程是远程发生的,这意味着设备的任何部分都不会与近场光直接相互作用。这减少了干扰,这对于诸如粒子操纵的应用而言很重要,并且与目前在诸如金属尖端和纳米粒子上的光的照耀附近领域的本地局部方法大相径庭。

  为了证明他们的设计,研究人员将近场光塑造成大象的形状。或者,更具体地说,是蟒蛇缩颈内的一头大象,向安托万·德·圣艾修伯里(Antoine deSaint-Exupéry)的经典作品《小王子》中的戏剧致敬。

  卡帕索说:“这项研究为近距离光的三维控制提供了新的途径。” “这预示着我期望未来这项工作会带来令人兴奋的发现和技术发展。”


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