3d-Fokussierung | Spitzentechnologie auf Nanoebene

Spitzentechnologie 3d-Fokussierung des Lichtes

Im Zuge der fortschreitenden Miniaturisierung von Bauteilen gelang Caltech-Ingenieuren nun ein Durchbruch bei der optischen 3d-Fokussierung! Das von Ihnen entwickelte Bauteil ist in der Lage einen Lichtstrahl so zu bündeln, dass er am Austrittspunkt nur noch einen Durchmesser von wenigen Nanometern hat. Die Fokussierung von Lichtstrahlen, auf einen so geringen Durchmesser, kann nur erreicht werden, indem man die elektromagnetische Welle des Lichtes an eine Oberflächenplasmone koppelt. Die Oberflächenplasmone entsteht, bei dem entwickelten Bauteil an der Grenzfläche zwischen SiO2 und Gold. Unter einem Oberflächenplasmon versteht man eine Oberflächenwelle, die durch die kollektive Anregung von Elektronen in Metallen erzeugt wird. Normalerweise ist die Kleinheit (z. B. Querschnitt Glasfaserleiter) eines Lichtwellenleiters durch die Beugungsgrenze eingeschränkt: Da eng benachbarte Lichtwellen interferieren, muss der Durchmesser einer optischen Faser mindestens halb so groß sein wie die Lichtwellenlänge im Material.

 

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Das von den Caltech-Ingenieuren entwickelte Bauteil ist durch eine spezielle geometrische Konstruktion in Lage die Beugungsgrenze zu umgehen. Die Größe des Bauteiles liegt bei knapp 2 Mikrometern, es hat eine rechteckige Form und verjüngt sich zur Spitze hin zweimal (siehe Foto). Etwas vereinfacht ausgedrückt wird das Bauteil aus einem SiO2 Block ausgefräst und später mit einer 50 nm dicken Schicht aus Gold bedampft. Das Licht tritt an dem breiteren Ende des Bauteils ein und breitet sich zur Spitze hin aus, dabei wechselwirkt das Licht mit der Oberfläche der Goldbeschichtung und die Elektronen der Beschichtung, beginnen zu schwingen. Im Verlauf der Wechselwirkung breitet sich an der Oberfläche der Beschichtung eine Oberflächenplasmone aus, diese besitzt die gleichen Informationen und Eigenschaften, wie die elektromagnetische Welle des Lichtes. An der Verjüngung der Spitze bewirkt die Kopplung der Oberflächenplasmone mit der elektromagnetischen Welle des Lichtes, das der Lichtstrahl fokussiert werden kann, ohne zu interferieren. An der Austrittsöffnung tritt nun ein konzentrierter und fokussierter Lichtstrahl aus.

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Noch sind die Untersuchungen Grundlagenforschung, doch glaubt man Assistenz Professor der Elektrotechnik Hyuck Choo und seinem Team, könnten sich schon bald zahlreichende Anwendungsgebiete für diese Technologie ergeben. Mit meinem derartigen Fokussierungssystem ließen sich zum Beispiel Instrument für hochauflösende biologische Bildgebung realisieren oder Computerfestplatten mit einer westlich gesteigerten Speicherkapazität. Weiter wären unzählige Daten-Transfer-und Kommunikationsanwendungen denkbar, da in naher Zukunft optische Bauelemente elektronische verdrängen könnten.

Quelle:Nanofocusing in a metal–insulator–metal gap plasmon waveguide with a three-dimensional linear taper

Samstag, 08 Dezember 2012 12:16
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