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研究人员开发出光子晶体光转换器

光谱学是利用光来分析物理对象和生物样品。不同种类的光可以提供不同种类的信息。真空紫外线是有用的,因为它可以在广泛的研究领域中帮助人们,但是这种光的产生既困难又昂贵。研究人员创造了一种新设备,可以使用具有纳米级穿孔的超薄膜有效地产生这种特殊类型的光。

您用眼睛看到的光的波长仅占存在的可能光波长的一小部分。有一种红外光,您可以以热的形式感觉到,或者看您是否碰巧是一条蛇,它的波长比可见光长。在另一端是紫外线(UV),可用于在皮肤中产生维生素D,或者看看您是否是蜜蜂。这些和其他形式的光在科学中有许多用途。

在紫外线范围内,有一个称为真空紫外线(VUV)的波长子集,之所以这么称呼是因为它们很容易被空气吸收但可以通过真空。科学家和医学研究人员特别使用大约120-200纳米范围内的一些VUV波长,因为它们可用于不同材料甚至生物样品的化学和物理分析。

但是,光的能量远不止波长。为了使VUV真正有用,还需要以称为圆极化的方式将其扭曲或极化。现有的生产VUV的方法,例如使用粒子加速器或激光驱动的等离子体,具有许多缺点,包括成本,规模和复杂性。而且,这些只能产生未扭曲的线性极化VUV。如果有一种简单的方法来制作圆偏振VUV,那将是非常有益的。东京大学光子科学与技术研究所的助理教授小西邦明(Kuniaki Konishi)以及他的团队可能会给出答案。

Konishi说:“我们已经创建了一种简单的设备,可以将圆偏振可见激光转换成在相反方向上扭曲的圆偏振VUV。” “我们的光子晶体介电纳米膜(PCN)由厚度仅为48 nm的氧化铝基晶体(ℽ-Al2O3)制成。它位于525微米厚的硅片上,该硅片上切有190 nm宽的孔进入相距600海里。”

在我们看来,PCN膜看起来就像是一个平坦的无特征的表面,但是在强大的显微镜下可以看到穿孔的图案。看起来有点像喷头上的孔,这些孔增加了喷水的水压。

Konishi说:“当波长为470 nm的圆偏振蓝色激光脉冲照亮硅中的这些通道时,PCN会对这些脉冲产生作用并使它们朝相反的方向扭曲。” “它还将它们的波长缩小到157 nm,这恰好在光谱学中非常有用的VUV范围内。”

利用圆偏振VUV的短脉冲,研究人员可以在亚微米级观察到快速或短暂的物理现象,否则这些现象是看不到的。这种现象包括电子或生物分子的行为。因此,这种产生VUV的新方法可能对医学,生命科学,分子化学和固态物理学的研究人员有用。尽管以前已经证明了类似的方法,但是它产生的有用波长更长的波长较少,并且使用金属基薄膜来实现,该金属基薄膜在激光的存在下会迅速降解。PCN对此更加健壮。

“我很高兴,通过我们对PCN的研究,我们发现了一种新的有用的圆偏振光转换应用,可以产生具有使其理想用于光谱的强度的VUV,” Konishi说。“令人惊讶的是,与以前的金属基设备不同,PCN膜能够经受反复的激光轰击而幸存。这使其适合在实验室中使用,因为它可以长期广泛使用。希望看到许多研究人员能充分利用我们的工作。”

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