Lichtstralen naar je zin buigen klinkt als een klus voor een tovenaar of een complexe reeks omvangrijke spiegels, lenzen en prisma's, maar een paar kleine vloeistofbelletjes zijn misschien alles wat nodig is om de deuren te openen voor de volgende generatie, high-speed circuits en displays, volgens onderzoekers van Penn State.

Om de snelheid van optische communicatie te combineren met de draagbaarheid van elektronische schakelingen, onderzoekers gebruiken nanoplasmonica - apparaten die korte elektromagnetische golven gebruiken om licht op nanometerschaal te moduleren, waar conventionele optica niet werken. Echter, het richten en focusseren van deze gemoduleerde lichtstraal op gewenste doelen is moeilijk.

"Er zijn verschillende solid-state apparaten om te besturen (lichtstralen), om ze te schakelen of te moduleren, maar de houdbaarheid en herconfigureerbaarheid zijn zeer beperkt, " zei Tony Jun Huang, universitair hoofddocent technische wetenschappen en mechanica. "Het gebruik van een bubbel heeft veel voordelen."

Het belangrijkste voordeel van een bubbellens is hoe snel en gemakkelijk onderzoekers de locatie van de bubbel kunnen herconfigureren, maat, en vorm - die allemaal van invloed zijn op de richting en focus van elke lichtstraal die er doorheen gaat.

Het team van Huang creëerde afzonderlijke simulaties van de lichtstralen en de bellenlens om hun gedrag te voorspellen en de omstandigheden te optimaliseren voordat de twee in het laboratorium werden gecombineerd. Ze publiceerden hun bevindingen in Natuurcommunicatie .

Om de bellenlens te vormen, onderzoekers gebruikten een laser met lage intensiteit om water op een gouden oppervlak te verwarmen. Het optische gedrag van de kleine bubbel blijft consistent zolang het vermogen van de laser en de omgevingstemperatuur constant blijven.

Door simpelweg de laser te verplaatsen of het vermogen van de laser aan te passen, kan de manier waarop de bel een lichtstraal afbuigt, veranderen. hetzij als een geconcentreerde straal op een specifiek doel of als een verspreide golf. Het veranderen van de vloeistof heeft ook invloed op hoe een lichtstraal zal breken.

De materialen om bellenlenzen te vormen zijn goedkoop, en de bubbels zelf zijn gemakkelijk op te lossen, vervangen en verplaatsen.

"Naast de ongekende herconfigureerbaarheid en houdbaarheid, onze bubbellens heeft nog minstens één voordeel ten opzichte van zijn solid-state tegenhangers:zijn natuurlijke gladheid, " zei Huang. "Hoe gladder de lens is, de betere kwaliteit van het licht dat er doorheen gaat."

Huang gelooft dat de volgende stap is om erachter te komen hoe de vorm van de bel de richting van de lichtstraal en de locatie van het brandpunt beïnvloedt. Fijne controle over deze lichtstralen zal verbeteringen mogelijk maken voor biomedische apparaten op de chip en beeldvorming met superresolutie.

"Voor al deze toepassingen je moet licht echt nauwkeurig regelen op nanoschaal, en dat is waar dit werk een heel belangrijk onderdeel kan zijn, " zei Huang.