کاربرد فناوری‌نانو در اپتیک غیر خطی

جمعی از محققان دانشگاه بوستن آمریکا با بررسی نانوشکاف‌های موجود در فیلم‌های فلزی، نشان دادند که می‌توان نور را در دهانه‌هایی به اندازه یک صدم طول موج نور (ابعادی کمتر از حد پراش) فشرده کرده، به‌دام انداخت. جمعی از محققان دانشگاه بوستن آمریکا با بررسی نانوشکاف‌های موجود در فیلم‌های فلزی، نشان دادند که می‌توان نور را در دهانه‌هایی به اندازه یک صدم طول موج نور (ابعادی کمتر از حد پراش) فشرده کرده، به‌دام انداخت. آنها همچنین دریافتند که با تغییر شکل هندسی این شکاف‌ها می‌توان خواص مربوط به موضعی شدن و انتقال نور را به‌طور دلخواه تغییر داد. این کار به‌ویژه در کاربردهای مربوط به اپتیک غیر خطی و طیف‌‌نگاری مولکولی اهمیت بیشتری دارد. نتایج آزمایش‌های این محققان حاکی از آن است که به این شیوه می‌توان میزان تمرکز فوتون‌های مادون قرمز متوسط را به حدود 5 10 برابر آنچه با عدسی‌های اپتیکی معمولی امکان دارد، رساند. این محققان در آزمایش خود ابتدا آرایه‌ای از شکاف‌های مستطیلی و هم‌‌محور فلزی به ابعاد 100 ×100 میکرومتر در فیلم‌های اپتیکی به ضخامت 100 نانومتر ایجاد کردند. با توجه به آنکه نمی‌توان مستقیما نور را در حجمی کوچک‌تر از حد پراش آن محدود نمود، به عقیده‌ی این محققان ابتدا نور تابیده‌‌شده به این آرایه‌ها موجب تحریک پلاسمون‌های سطحی (امواج الکترومغناطیسی به‌دام‌‌افتاده در فصل مشترک فلز-دی الکتریک) می‌‌‌شود. این پلاسمون‌ها با عبور از روزنه‌های نانومقیاس به سطح دوم رسیده و به‌وسیله‌ی حفره‌های سطحی آن که همانند چشمه‌های نقطه‌ای عمل می‌کنند، مجدداً به نور تبدیل می‌شوند و به این ترتیب علاوه‌ بر موضعی شدن شدید میدان در حجم‌های کوچک تقویت، میدان بسیار بزرگی هم ایجاد می‌شود. این محققان دریافتند که مشخصه‌هایی از قبیل شدت تداخل و در نتیجه کارایی انتقال و قطبش نور تا حد بسیار زیادی به شکل هندسی این شکاف‌ها بستگی دارند. آنها امیدوارند با این شیوه بتوان به افزایش تأثیرات غیر خطی و تقویت سیگنال‌های ارتعاشی در روش‌هایی همچون طیف‌‌نگاری رامان و مادون قرمز کمک نمود. از این پدیده در زمینه‌هایی از اپتیک میدان نزدیک (بررسی اثر شکل حفره‌های در نوک‌‌های SNOM) تا اپتوالکترونیک (افزایش سرعت آشکارسازها، افزایش کارایی چشمه‌های نوری و پیل‌های خورشیدی) نیز می‌توان استفاده کرد. این محققان هم اکنون به‌دنبال آن هستند تا از طریق طیف‌‌نگاری جذبی و به کمک شکاف‌های پلاسمونیکی MIR به آشکارسازی زیست‌‌مولکول‌ها پرداخته، و اثر باندهای جذبی آنها را نیز به همین روش ثبت نمایند. گفتنی است گزارش این تحقیق در نشریه‌ی Applied Physics Letters منتشر شده‌‌است.