Det här är laboratoriebilder av en ljusstråle utan bubbellins, följt av tre exempel på olika bubbellinser som förändrar ljuset. Kredit:Tony Jun Huang, Penn State
Att böja ljusstrålar efter dina önskemål låter som ett jobb för en trollkarl eller en komplex uppsättning skrymmande speglar, linser och prismor, men några små vätskebubblor kan vara allt som behövs för att öppna dörrarna för nästa generation, höghastighetskretsar och displayer, enligt Penn State-forskare.
För att kombinera hastigheten för optisk kommunikation med portabiliteten av elektroniska kretsar, forskare använder nanoplasmonik - enheter som använder korta elektromagnetiska vågor för att modulera ljus på nanometerskalan, där konventionell optik inte fungerar. Dock, Det är svårt att rikta och fokusera denna modulerade ljusstråle mot önskade mål.
"Det finns olika solid-state-enheter att styra (ljusstrålar), att byta dem eller modulera dem, men hållbarheten och omkonfigurerbarheten är mycket begränsad, sa Tony Jun Huang, docent i ingenjörsvetenskap och mekanik. "Att använda en bubbla har många fördelar."
Den största fördelen med en bubbellins är hur snabbt och enkelt forskare kan konfigurera om bubblans plats, storlek, och form – som alla påverkar riktningen och fokus för varje ljusstråle som passerar genom den.
Huangs team skapade separata simuleringar av ljusstrålarna och bubbellinsen för att förutsäga deras beteenden och optimera förhållandena innan de kombinerade de två i laboratoriet. De publicerade sina resultat i Naturkommunikation .
För att bilda bubbellinsen, forskare använde en lågintensiv laser för att värma vatten på en guldyta. Den lilla bubblans optiska beteende förblir konsekvent så länge som laserns kraft och omgivningstemperaturen förblir konstanta.
En ljusstråle i nanoskala som moduleras av korta elektromagnetiska vågor, känd som ytplasmonpolaritoner - märkta som SPP-stråle - går in i bubbellinsen, officiellt känd som en omkonfigurerbar plasmafluidlins. Bubblan styr ljusvågorna, medan gallret ger ytterligare fokus. Kredit:Tony Jun Huang, Penn State
Att bara flytta lasern eller justera laserns kraft kan ändra hur bubblan avleder en ljusstråle, antingen som en koncentrerad stråle vid ett specifikt mål eller som en spridd våg. Att byta vätska påverkar också hur en ljusstråle bryts.
Materialen för att bilda bubbellinser är billiga, och själva bubblorna är lätta att lösa upp, byt ut och flytta.
"Förutom dess oöverträffade omkonfigurerbarhet och hållbarhet, vår bubbellins har åtminstone ytterligare en fördel jämfört med dess solid-state motsvarigheter:dess naturliga jämnhet, " sa Huang. "Ju mjukare linsen är, desto bättre kvalitet på ljuset som passerar genom den."
Huang menar att nästa steg är att ta reda på hur bubblans form påverkar ljusstrålens riktning och platsen för dess brännpunkt. Fin kontroll över dessa ljusstrålar kommer att möjliggöra förbättringar för on-chip biomedicinska enheter och superupplösningsavbildning.
"För alla dessa applikationer, du behöver verkligen kontrollera ljuset exakt i nanoskala, och det är där detta arbete kan vara en mycket viktig komponent, sa Huang.
