Ultratunna, bredbandspolarisationsrotatorer möjliggörs av ultratunna kolnanorörfilmer som utvecklades vid Rice University 2016. Filmerna med högt anpassade enväggiga nanorör gjordes först 2016. Kredit:Kono Laboratory/Rice University
Det är alltid bra när ditt hårda arbete reflekterar bra över dig.
Med upptäckten av den gigantiska polarisationsrotationen av ljus, det är bokstavligen så.
Det ultratunna, mycket anpassade kol -nanorörfilmer som först gjordes av Rice University -fysikern Junichiro Kono och hans studenter för några år sedan visade sig ha ett överraskande fenomen som väntar inom:En förmåga att möjliggöra mycket kapabel terahertz -polarisationsrotation.
Denna rotation betyder inte att filmerna snurrar. Det betyder att polariserat ljus från en laser eller annan källa nu kan manipuleras på sätt som tidigare var utom räckhåll. gör det helt synligt eller helt ogenomskinligt med en enhet som är extremt tunn.
Den unika optiska rotationen sker när linjärt polariserade ljuspulser passerar 45-nanometerfilmen och träffar kiselytan på vilken den sitter. Ljuset studsar mellan substratet och filmen innan det slutligen reflekteras tillbaka, men med dess polarisering vriden med 90 grader.
Detta sker bara, Kono sa:när ingångsljusets polarisering är i en specifik vinkel med avseende på nanorörets inriktningsriktning:den "magiska vinkeln".
Upptäckten av huvudförfattaren Andrey Baydin, en postdoktor i Konos lab, är detaljerad i Optica . Fenomenet, som kan ställas in genom att ändra substratets brytningsindex och filmtjockleken, kan leda till robust, flexibla enheter som manipulerar terahertzvågor.
Rice University -fysiker har gjort unika bredbandspolarisationsrotatorer med ultratunna kolnanorörsfilmer. Filmerna roterar optiskt polariserat ljus med 90 grader, men bara när ingångsljusets polarisering är i en specifik vinkel med avseende på nanorörets inriktningsriktning:den "magiska vinkeln". Kredit:Kono Laboratory/Rice University
Kono sa lätt att tillverka, ultratunna bredbandspolarisationsrotatorer som klarar höga temperaturer kommer att hantera en grundläggande utmaning i utvecklingen av terahertz optiska enheter. De skrymmande enheterna som hittills finns tillgängliga möjliggör endast begränsade polarisationsvinklar, så kompakta enheter med mer kapacitet är mycket önskvärda.
Eftersom terahertz -strålning lätt passerar genom material som plast och kartong, de kan vara särskilt användbara vid tillverkning, kvalitetskontroll och processövervakning. De kan också vara praktiska i telekommunikationssystem och för säkerhetskontroll, eftersom många material har unika spektrala signaturer i terahertz -området, han sa.
"Upptäckten öppnar nya möjligheter för vågplattor, "Sa Baydin. En vågplatta ändrar polariseringen av ljus som färdas genom det. I enheter som terahertz -spektrometrar som används för att analysera molekylarsammansättning av material, att kunna justera polarisationen upp till hela 90 grader skulle möjliggöra datainsamling med en mycket finare upplösning.
"Vi fann det specifikt vid långt infraröda våglängder-med andra ord, inom terahertz -frekvensområdet - denna anisotropi är nästan perfekt, "Sa Baydin." I grunden det finns ingen dämpning i den vinkelräta polarisationen, och därefter signifikant dämpning i parallellriktningen.
"Vi letade inte efter det här, sa han. Det var helt en överraskning.
Han sa att teoretisk analys visade att effekten helt beror på karaktären hos de högt anpassade nanorörfilmerna, som var försvinnande tunna men cirka 2 tum i diameter. Forskarna både observerade och bekräftade denna gigantiska polarisationsrotation med experiment och datormodeller.
"Vanligtvis, människor måste använda millimeter tjocka kvartsvågplattor för att rotera terahertzpolarisering, "sa Baydin, som gick med i Kono lab i slutet av 2019 och fann fenomenet strax efter det. "Men i vårt fall, filmen är bara nanometer tjock. "
"Stora och skrymmande vågplattor är bra om du bara använder dem i ett laboratorium, men för applikationer, du vill ha en kompakt enhet, "Sade Kono." Vad Andrey har funnit gör det möjligt. "
