Ga naar hoofdinhoud

Niet-lineair gedrag van plasmonische nanostructuren

Onderzoekers van de Universität Stuttgart, het Max-Planck-Institut für Festkörperforschung en de Universität Jena zijn in een experiment de oorsprong van het niet-lineaire signaal in een metallische nano-structuur op het spoor gekomen. Dergelijke struc-turen hebben de laatste jaren sterk aan betekenis gewonnen in de optica. Omdat de structuurgrootte onder die van de golflengte van zichtbaar licht komt, kan men door een gerichte nanostructuur materialen met bijna elke gewenste optische eigenschap creëren, terwijl ze niet in de natuur voorkomen.

Behalve de lineaire optische eigenschappen (die bij geringe lichtintensiteit optreden) worden ook de niet lineaire optische eigenschappen (die worden opgewekt door nieuwe lichtfrequenties) steeds intensiever onderzocht.

Een bijzonder doel is de opwekking van de tweede en derde harmonische, waardoor bijvoorbeeld uit rood licht groen of blauw licht kan worden gegenereerd (foto). De experimentele resultaten zijn veelbelovend, omdat ze een hoog conversierendement aantonen. Op deze wijze hoopt men op maat gesneden nanostructuren voor de gewenste frequentieconversie voor toekomstige toepassingen van de niet-lineaire optica te kunnen gebruiken.

Helaas is de microscopische oorsprong van deze niet-lineaire effecten onbekend. Dat deze structuren meestal zijn afgezet op een diëlektrisch golfsubstraat maakt het onderzoek nog ingewikkelder. Zogenaamde plasmonische resonanties in de metallische nanostructuren leiden tot een versterking van het elektrische veld in de omgeving van de structuur, zodat onderdelen van het substraat voor het niet-lineaire proces niet mogen worden verwaarloosd.

Proefopstelling
In de experimenten werd een rooster van gouden nanodraadjes ingebed in een diëlektrisch golfsubstraat. Dit hybride systeem is heel geschikt door markante kenmerken in het lineaire optische spectrum. Voor het optische aanstoten gebruiken de onderzoekers ultrakorte laserpulsen, waarvan de basisfrequentie kan worden gevarieerd. Voor elke basisfrequentie detec-teren ze de intensiteit van het licht bij de derde harmonische en kregen zo een overeenkomstig niet-lineair spectrum.

Door variaties in het golfgeleidermateriaal werden sterk verschillende vormen van het niet-lineaire spectrum waargenomen, die gedeeltelijk leken op die van het lineaire spectrum maar gedeeltelijk ook tegengesteld waren.

Om de waarnemingen te begrijpen, hielpen numerieke simulaties waarin de elektrische veldverdeling in het hybride systeem werd berekend. Hierbij bleek een sterk van de golflengte afhankelijke concentratie van het elektrische veld in de verschillende materialen. Uit vergelijkingen met de experimentele resultaten concludeerden de onderzoekers, dat het domi-nante materiaal in het niet-lineaire proces eenduidig kan worden bepaald uit de vorm van het niet-lineaire spectrum.

De experimenten uit Stuttgart zouden de weg kunnen wijzen bij verder onderzoek van niet-lineaire optische processen in metallische nano-structuren en complexe fotonische systemen.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven