纳米粒子允许物理学家选择光的方向

时间：2021-10-07 16:25:00 来源：

光击中金颗粒，然后将光发射到玻璃纤维中 - 仅为一个方向。

使用旋转和传播方向之间的不寻常的耦合，维也纳技术大学的物理学家能够选择纳米颗粒可以将光线发光的方向，以将光线发射到超薄玻璃纤维中。

一束光线如何讲述左右之间的差异？在维也纳技术大学（Tu Wien）微小的颗粒已联系在玻璃纤维上。颗粒以诸如两种方向行驶的方式以光线发光，因为人们期望的那样。相反，光可以指向左侧或右侧。这是通过采用显着的物理效应 - 光的旋转轨道耦合来实现。这种新型光学开关有可能彻底改变纳米光源。研究人员现已在学刊中公布了他们的工作。

玻璃纤维上的金纳米粒子

当粒子吸收并发光时，这种光不仅刚刚发射到一个方向上。“自由空间中的粒子将始终向一个特定方向发光，因为它在相反的方向上发出”，说，Arno Rauschenbeutel（Tu Wien）教授说。他的团队现在已经成功地使用黄金纳米颗粒耦合到超薄玻璃纤维来破坏这种发射的对称性。入射光激光确定颗粒发出的光是否在玻璃纤维中左右行进。

自行车和飞机螺旋桨

这只是可能的，因为光具有内在的角动量，旋转。类似于可以在一个特定平面上摆动的摆锤或者在圆圈中移动，光波可以具有不同的振荡方向。如果它具有明确定义的振动方向，则称为“偏振波”。“一个简单的平面波到处都是相同的极化”，Arno Rauschenbeutel说：“但是当光线的强度在本地发生变化时，极化也变化。”

通常，光在垂直于其传播方向的平面中振荡。如果振荡是圆形的，则这类似于飞机螺旋桨的运动。其旋转轴 - 对应于旋转点进入传播方向。但是通过超薄玻璃纤维移动的光具有非常特殊的特性。玻璃纤维内部的强度非常高，但它在纤维外迅速下降。“这导致玻璃纤维方向的额外场成分”，Arno Rauschenbeutel说。光波的旋转平面枢转90度。“然后，传播方向垂直于旋转，就像自行车一样，进入垂直于车轮轴的方向。”

通过检查轮子的旋转方向 - 顺时针或逆时针方向 - 我们可以判断自行车在从侧面看右侧或左侧是否移动。它与超薄玻璃纤维中的光束完全相同。光场的旋转感耦合到运动方向。这种耦合是玻璃纤维几何形状的直接后果和电动力学定律。效果称为“光旋转轨道耦合”。

光波的旋转耦合到传播方向。

连接到玻璃纤维的粒
子的耦合旋转和运动方向用激光照射，使得其发射特定旋转感光，所以发射的光将仅在玻璃内部的一个特定方向传播到仅一个特定方向光纤 - 左侧或右侧。现在已经在玻璃纤维上使用单个金纳米粒子证明了这种效果。纤维比人发薄250倍;金颗粒的直径甚至少四倍。纤维的直径和颗粒的直径甚至比发射光的波长小。

“这种新技术应在商业应用中轻松提供。现在，整个实验适合鞋盒“，Arno Rauschenbeutel说。“该方法可以应用于集成光电路。这样的系统可以一天更换我们今天使用的电子电路。“

出版物：Jan Petersen等，“基于旋转轨道相互作用的手性纳光波界面，”科学2014年10月3日：卷。 346号。 6205 pp。67-71; DOI：10.1126 / science.1257671

图片：维也纳理工大学

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