I mer än ett sekel, optiska beläggningar har använts för att bättre reflektera vissa våglängder av ljus från linser och andra enheter eller, omvänt, för att bättre överföra vissa våglängder genom dem. Till exempel, beläggningarna på tonade glasögon reflekterar, eller "blockera ut, " skadligt blått ljus och ultravioletta strålar.

Men tills nu, ingen optisk beläggning hade någonsin utvecklats som samtidigt kunde reflektera och sända samma våglängd, eller färg.

I en tidning i Naturens nanoteknik , forskare vid University of Rochester och Case Western Reserve University beskriver en ny klass av optiska beläggningar, så kallade Fano Resonance Optical Coatings (FROCs), som kan användas på filter för att reflektera och överföra färger av anmärkningsvärd renhet.

Dessutom, beläggningen kan göras för att helt reflektera endast ett mycket smalt våglängdsområde.

"Det reflekterade ljusets smalhet är viktig eftersom vi vill ha en mycket exakt kontroll av våglängden, " säger motsvarande författare Chunlei Guo, professor vid Rochester's Institute of Optics. "Innan vår teknik, den enda beläggningen som kunde göra detta var en dielektrisk spegel i flera lager, som är mycket tjockare, lider av ett starkt vinkelberoende, och är mycket dyrare att göra. Således, vår beläggning kan vara ett billigt och högpresterande alternativ."

Forskarna tänker sig några applikationer för den nya tekniken. Till exempel, de visar hur FROC kan användas för att separera termiska och fotovoltaiska band i solspektrumet. Sådan förmåga skulle kunna förbättra effektiviteten hos enheter som använder hybrid termisk-elektrisk kraftgenerering som ett alternativ för solenergi. "Att rikta endast det användbara bandet av solspektrumet till en solcellscell förhindrar dess överhettning, säger Guo.

Tekniken kan också leda till en sexfaldig ökning av livslängden för en solcellscell. Och resten av spektrumet "absorberas som termisk energi, som skulle kunna användas på andra sätt, inklusive energilagring för natten, elproduktion, soldriven vattensanering, eller värma upp en vattenförsörjning, " säger Guo.

"Dessa optiska beläggningar kan helt klart göra många saker som andra beläggningar inte kan göra, " tillägger Guo. Men som med andra nya upptäckter, "det kommer att ta lite tid för oss eller andra labb att studera detta ytterligare och komma med fler ansökningar.

"Även när lasern uppfanns, folk var först förvirrade över vad de skulle göra med det. Det var en nyhet att leta efter en ansökan."

Guos labb, högintensiva femtosekundlaserlaboratoriet, är känt för sitt banbrytande arbete med att använda femtosekundlasrar för att etsa in unika egenskaper i metallytor.

FROC-projektet var resultatet av en önskan att utforska "parallella" sätt att skapa unika ytor som inte involverar laseretsning. "Vissa applikationer är enklare med laser, men andra är lättare utan dem, " säger Guo.

Fano resonans, uppkallad efter fysikern Ugo Fano, är ett utbrett vågspridningsfenomen som först observerades som en grundläggande princip för atomfysik som involverar elektroner. Senare, forskare upptäckte att samma fenomen även kan observeras i optiska system. "Men det här involverade mycket komplexa konstruktioner, " säger Guo.

Guo och hans kollegor hittade ett enklare sätt att dra fördel av Fano-resonans i sina optiska beläggningar.

De applicerade en tunn, 15 nanometer tjock film av germanium till en metallyta, skapa en yta som kan absorbera ett brett band av våglängder. De kombinerade det med en hålighet som stöder en smalbandig resonans. De kopplade kaviteterna uppvisar Fano-resonans som kan reflektera ett mycket smalt ljusband.