Создан первый крупный массив наноантенн на кремниевом чипе
 Файл потерян: Изображение созданного массива наноантенн, а также конструкция самих антенн. |
|
||||||||
Антенны уже давно используются для приема и передачи электромагнитных волн. Чаще всего с антеннами нам приходится сталкиваться при работе с радио или телевидением. Но совсем недавно исследователи начали расширять эту концепцию на диапазон оптических волн.
Принцип действия антенн основан на колебаниях зарядов внутри их структуры. Это означает, что размер антенны должен соответствовать резонансной частоте электромагнитных волн, прием которых обеспечивает устройство. Таким образом, чтобы антенна работала в оптическом диапазоне, ее размеры должны быть уменьшены до нанометрового масштаба. Дополнительно повысить эффективность приема позволяет включение нескольких антенн, синхронизированных по фазе в заданном направлении. Эта идея часто используется в астрономии, где сигнал от нескольких телескопов, синхронизированных по фазе, позволяет повысить разрешение всей установки.
Группа ученых из Massachusetts Institute of Technology (США) адаптировала две упомянутые идеи по эффективному применению антенн на инфракрасное оптическое излучение. Исследователи преуспели в создании фазированной антенной решетки, включающей в себя около 4 тысяч антенн на одном кремниевом чипе размером чуть более 0,5 на 0, 5 мм. Конструкция представляет собой массив, содержащий 64 на 64 антенных блока, каждый из которых имеет размеры около 9 на 9 мкм.
На сегодняшний день созданная структура является крупнейшей из когда-либо производимых кремниевой нанофотоникой. Она позволяет создавать световой поток сложного профиля, что может быть применимо в самых разнообразных практических приложениях. Исследователи утверждают, что уже сейчас они способны хорошо контролировать направление, в котором излучается свет; кроме того, они могут направлять испускаемое излучение в двух измерениях. Таким образом, созданный массив антенн мог бы послужить в таких сферах, как интерферометрия или для улучшения лазерных дальномеров.
Также массив антенн может применяться для получения изображений таких рассеивающих свет сред, как биологические ткани. Устройство позволяет на практике применить методы так называемой «адаптивной оптики», автоматически регулируя фазу излучаемой световой волны, чтобы компенсировать искажения, вызванные окружающей средой. К примеру, можно использовать массив наноантенн во внутрисосудистой хирургии, чтобы направлять лазерные лучи на стенки сосудов для получения их изображений.
Как считают сами исследователи, наиболее интересное приложение их устройства – голографические трехмерные дисплеи. Благодаря их разработке трехмерные системы отображения могут стать обыденностью уже в ближайшее время, ведь наноантенна позволяет контролировать фазу и амплитуду световой волны, что даст возможность создавать по-настоящему произвольные голограммы. Конечно, пока антенна работает в инфракрасном диапазоне, а для трехмерных оптических систем требуется сместить рабочую спектральную полосу в видимую область (т.е. уменьшить размер наноантенн). Для этого группа работает над снижением габаритов отдельных «пикселей» в массиве. Параллельно исследуется возможность использования альтернативных материалов, поскольку кремний поглощает свет в видимом диапазоне.
Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nature.
Также по теме:
- Плазмонные антенны можно производить при помощи трафарета
- Разработано новое поколение наноантенн
- Наноантенны позволяют фиксировать единичные атомы или молекулы легковоспламеняющихся газов
- Оптические наноантенны могут служить источником тепла
- Наноантенна преобразует свет в заряд
Источники: