Vad händer när du upphetsar nya sammansättningar av nanomaterial med hjälp av strukturerat ljus? Gemensam forskning mellan Tammerfors tekniska universitet (TUT) (Finland) och universitetet i Tübingen (Tyskland) har visat att noggrant strukturerat ljus och matchande arrangemang av metallnanostrukturer (så kallade "plasmoniska oligomerer") kan kombineras för att förändra egenskaperna hos genererat ljus i nanometerskala. Särskilt, lagen har visat att effektiviteten hos olinjära optiska fält (t.ex. andra övertoner) som genereras från oligomererna påverkas starkt av hur oligomerens beståndsdelar är arrangerade i rymden och hur dessa beståndsdelar belyses av strukturerat ljus.

Olinjära optiska processer utgör grunden för viktiga funktioner inom fotonik, såsom frekvensomvandling av ljus, generation av ultrakorte ljuspulser, samt optisk bearbetning och manipulation. Ytterligare framsteg inom detta område förväntas drivas av syntesen av nya nanomaterial med skräddarsydda optiska egenskaper och av nya tillvägagångssätt för att effektivt koppla ljus till sådana nanomaterial. För det senare syftet, ljusstrålar med okonventionella polarisationer, så kallat strukturerat ljus, förväntas bli avgörande.

För att demonstrera sådana möjligheter, författarna designade och tillverkade sammansättningar av guldnanoroder med väldefinierade dimensioner och orienteringar så att deras totala storlek matchar storleken på en fokuserad laserstråle, d.v.s. ca 1 mikron. För att undersöka det olinjära svaret av sådana plasmoniska oligomerer, författarna använde en ny teknik för optisk mikroskopi, som är utrustad med polarisationsstrukturerade balkar. Mer specifikt, författarna använde radiellt och azimutalt polariserade cylindriska vektorstrålar som uppvisar ojämna polariseringstillstånd över strålens tvärsnitt.

"Tidigare arbeten om olinjära optiska effekter i plasmoniska oligomerer har baserats på att använda plana vågor eller fokuserade strålar med homogena, d.v.s. enhetlig, polariseringstillstånd. Här, vi använde ett olinjärt optiskt mikroskop utrustat med munkformade polarisationsstrukturerade strålar för att studera sådana oligomerer. Vi fann att den totala effektiviteten hos olinjära optiska effekter från dessa strukturer påverkas starkt av strålens rumsliga struktur och kollektiva interaktioner som stöds av oligomeren. Vi hoppas att vårt arbete ytterligare kommer att väcka intresse för att studera och manipulera olinjära optiska effekter i nya nanoskala system med hjälp av okonventionella excitationsstrålar. "Säger Dr Godofredo Bautista, postdoktoral forskare vid Nonlinear Optics Group vid Laboratory of Photonics vid TUT och med motsvarande författare till verket.

Professor Martti Kauranen, chef för Nonlinear Optics Group och Laboratory of Photonics, som övervakade forskningen vid TUT, säger att "Utöver de olinjära effekter som studerats i det föreliggande arbetet, våra resultat visar i allmänhet hur viktigt det är att skräddarsy den infallande optiska strålen för att effektivt koppla ihop ljus till komplexa nanostrukturer. "

Professor Monika Fleischer, chef för Plasmonic Nanostructures Group vid universitetet i Tübingen och medförfattare, som övervakade forskningen vid universitetet i Tübingen, tillägger:"Nanoteknik tillhandahåller högprecisionsverktyg som gör att vi kan skräddarsy arrangemang av metalliska nanostrukturer, kallas även optiska antenner, med färdiga egenskaper. På detta sätt kan specifika interaktioner med icke-konventionella laserstrålar riktas, och övergripande signalintensiteter kan maximeras. "Forskarna tror att deras resultat kommer att vara användbara vid design och implementering av nya typer av optiska komponenter och karakteriseringstekniker som använder okonventionella optiska fält.