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纳米光学天线的应用前景
都世民
等离子元光子学是纳米光子学的重要组成部分,是近年来研究十分活跃的一门新兴光学分支,有着广阔的应用前景。如何在纳米尺度上利用等离子元的有效调控,实现电光转换以及光学信息的产生、放大和检测,是富有挑战性的科学技术问题。
纳米光学天线的应用研究主要集中在以下诸多领域:
A 开发新一代数据存取设备;
B. 食品安全评估;
C. 大气污染物鉴定;
D. 活体检测;
如活体成像、细胞跟踪、生物检测以及光热治疗等。
E. 癌症的快速诊断和治疗;
如对癌胚抗原(CEA)的超灵敏检测.
F. 集成光学生物传感器 ;
G. 增强自发光辐射特性;
如用由金制成的外部天线,使铟镓砷磷(InGaAsP)制成的纳米棒的自发光辐射增 强了115倍。
H. 显微成像;
高聚光性的纳米光学天线突破了激光超衍射极限,用在显微成像上.在
I. 纳米光电集成;
将光学天线引入到光刻技术,成本低,又不受衍射极限的限制,还可以采用长波长的可见光来照明标准的光敏层,制作出亚波长尺寸的结构。
J. 光源制作;
纳米天线让可见光任意转弯, 有望设计成高效量子单光子源。
K. 短距离光通信;
L. 检测毒品和爆炸物;
因纳米天线可以识别这些化学成分,从而确定毒品和爆炸物的特定类型。
M. 用于激光雷达;
如提高激光雷达的性能等。
N. 太阳能光电转换;
能捕获超过90%的红外光和可见光能量,是一种电磁能收集器。
O. 提供热源;
用具有内凹型结构的金属钯纳米材料,通过降低结构对称性和增大颗粒尺寸,使其能够在可见光宽谱范围内吸光,吸光后的光热效应足以为有机加氢反应提供热源。纳米结构的尖端棱角处具有超强的聚光能力从而产生局部高温,提供热源。
P. 增加LED的效率;
用金子塔形的纳米天线可能增加LED的效率。
R. 高分辨率全息摄影术
以色列科学家一种小型金属纳米天线芯片,以及一种相适应的全息算法,可以检测一束光波的“相图”。发明一种全新的全息摄影术,允许新设计的全息图复制图案的深度,不再需要图像重制。成功形成了高分辨率全息图,可以从任何方向投影。这项技术还可以应用于科学研究、安全、医学、工程等领域以及实现娱乐目的。
如上所述,纳米光学天线的应用范围与先前的射频天线、微波天线和毫米波天线的应用范围有不同之处。自麦克斯韦提出电磁理论至今,电磁波无处不在,找一个电磁波静区是很困难的事情。如今纳米技术的出现,纳米光学天线的诞生和型式的多样化,它预示了应用前景十分广阔,值得倍加关注!
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