Более века оптические покрытия используются для лучшего отражения света определенных длин волн от линз и других устройств или, наоборот, для лучшего пропускания через них определенных длин волн. Например, покрытия тонированных очков отражают или «блокируют» вредный синий свет и ультрафиолетовые лучи. Но до сих пор не было разработано оптического покрытия, которое могло бы одновременно отражать и передавать одну и ту же длину волны или цвет.
В статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology, исследователи из Университета Рочестера и Кейсовского университета Западного резервного района описывают новый класс оптических покрытий, так называемые Фано-резонансные оптические покрытия (FROC), которые можно использовать в фильтрах для отражения и передачи цветов удивительной чистоты.
Резонанс Фано — тип резонанса с асимметричным профилем, возникающего в результате интерференции двух волновых процессов. Природа интерферирующих процессов может быть самой различной, поэтому такой резонанс носит универсальный характер и появляется в различных физических системах.
Кроме того, покрытие можно сделать так, чтобы оно полностью отражало только очень узкий диапазон длин волн.
«Узость отраженного света важна, потому что мы хотим иметь очень точный контроль длины волны», - говорит автор-корреспондент Чунлей Гуо, профессор Рочестерского института оптики. «До нашей технологии единственным покрытием, которое могло это сделать, было многослойное диэлектрическое зеркало, которое намного толще, имеет сильную угловую зависимость и намного дороже в производстве. Таким образом, наше покрытие может быть недорогой и высокоэффективной альтернативой».
Исследователи предполагают несколько вариантов применения новой технологии. Например, они показывают, как FROC можно использовать для разделения тепловых и фотоэлектрических полос солнечного спектра. Такая возможность может повысить эффективность устройств, использующих гибридное производство тепло-электрической энергии в качестве варианта солнечной энергии. «Направление на фотоэлектрический элемент только полезной полосы солнечного спектра предотвращает его перегрев», - говорит Гуо.
Технология также может привести к шестикратному увеличению срока службы фотоэлементов. А остальная часть спектра «поглощается в виде тепловой энергии, которую можно использовать другими способами, включая хранение энергии в ночное время, выработку электроэнергии, очистка воды с помощью солнечной энергии или нагрев запаса воды», - говорит Гуо.
«Эти оптические покрытия могут делать многое, чего не могут сделать другие покрытия», - добавляет Гуо. Но, как и в случае с другими новыми открытиями, «нам или другим лабораториям потребуется немного времени, чтобы продолжить изучение этого и предложить другие приложения».
«Даже когда был изобретен лазер, люди сначала не понимали, что с ним делать. Это было новинкой, ищущей применение».
Лаборатория Гуо, Лаборатория высокоинтенсивных фемтосекундных лазеров, известна своей новаторской работой по использованию фемтосекундных лазеров в травлении для уникальных свойств металлических поверхностей.
Проект FROC явился результатом желания изучить «параллельные» способы создания уникальных поверхностей, не требующих лазерного травления. «Некоторые приложения проще с лазером, но другие проще без него», - говорит Гуо.
Резонанс Фано, названный в честь физика Уго Фано, представляет собой широко распространенное явление рассеяния волн, впервые наблюдался как фундаментальный принцип атомной физики с участием электронов. Позже исследователи обнаружили, что то же явление можно наблюдать и в оптических системах. «Но были задействованы очень сложные конструкции», - говорит Гуо.
Гуо и его коллеги нашли более простой способ использовать преимущество резонанса Фано в своих оптических покрытиях.
Они нанесли тонкую пленку германия толщиной 15 нанометров на металлическую поверхность, создав поверхность, способную поглощать широкий диапазон длин волн. Они объединили это с полостями, поддерживающим узкополосный резонанс. В связанных полостях наблюдается резонанс Фано, способный отражать очень узкую полосу света.
Источник: Phys.org
