美科學(xué)家利用研發(fā)的“超材料”制造出新非線性設(shè)備
2011年08月03日 8:59 5686次瀏覽 來源： 科技日?qǐng)?bào) 分類： 新技術(shù)
據(jù)美國每日科學(xué)網(wǎng)站8月1日?qǐng)?bào)道，美國科學(xué)家利用此前研發(fā)的“超材料”制造出一臺(tái)新的非線性設(shè)備，使他們操縱光子變得像用電子設(shè)備操縱流動(dòng)的電子一樣隨心所欲，光子元件取代通訊領(lǐng)域的電子元件又向前邁進(jìn)一步。
當(dāng)光穿過一個(gè)物體時(shí)，即使光可能會(huì)被反射、折射或強(qiáng)度有所減弱，但透出來的仍是同樣的光線，這就是我們所熟知的線性。然而，某些“非線性”材料會(huì)背離這個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則，光子和這種非線性的材料相互作用會(huì)讓光子的頻率增加一倍，波長減少一半，新光線名為第二諧波，這個(gè)非線性的過程則為二次諧波（也被稱為倍頻）。
杜克大學(xué)普拉特工程學(xué)院電子和計(jì)算機(jī)工程學(xué)研究生阿勒克·羅斯指出，在正常情況下，第二諧波的行進(jìn)方向由所用的非線性材料嚴(yán)格限定。之前研制出的一些非線性設(shè)備以及天然非線性材料都很難控制第二諧波的方向。
杜克大學(xué)的科學(xué)家們使用一種由包裹在玻璃纖維內(nèi)的金屬和線纜組成的“超材料”（具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料）構(gòu)建出了能引導(dǎo)第二諧波行進(jìn)方向的非線性設(shè)備。
新設(shè)備大小為6英尺×8英尺，高約1英尺，由在電路板上使用的纖維玻璃材料一塊一塊并行排列而成。每塊纖維玻璃使用銅環(huán)進(jìn)行蝕刻，每個(gè)銅環(huán)有一個(gè)細(xì)小的裂縫，一個(gè)二極管橫跨其上，當(dāng)光通過銅環(huán)時(shí)，會(huì)激活二極管，導(dǎo)致銅環(huán)失去對(duì)稱性，從而使整個(gè)設(shè)備具有非線性。科學(xué)家們表示，這個(gè)設(shè)備能讓入射光的頻率加倍，同時(shí)也能讓入射波朝他們想要的方向反射。
光學(xué)設(shè)備能更快更有效地傳輸信息，比如，用光纖取代電線就讓通訊產(chǎn)業(yè)的面貌大為改觀，因此，科學(xué)家們希望能用光子元件取代電子元件。“毫無疑問，通訊領(lǐng)域未來的弄潮兒將是光子設(shè)備，能用電子設(shè)備控制電流的方式來控制光子對(duì)此非常重要。非線性超材料的獨(dú)特之處在于對(duì)光的掌控能力，這一點(diǎn)在全光通訊中非常重要。”羅斯說。早在2006年，杜克大學(xué)團(tuán)隊(duì)就首次證明，這種超材料能讓光線繞過物體，使物體隱形。2009年，他們又證明，該超材料能像下一代透鏡一樣工作。
此項(xiàng)研究由美國空軍科研部資助，相關(guān)成果發(fā)表在最新一期《物理學(xué)評(píng)論快報(bào)》上。
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