Een internationaal team van onderzoekers heeft een nieuwe manier gemeld om drones te beschermen, bewakingscamera's en andere apparatuur tegen laseraanvallen, die de apparatuur kunnen uitschakelen of vernietigen. De mogelijkheid staat bekend als optische begrenzing.

Het werk, gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie , beschrijft ook een superieure manier van telecom-switching zonder het gebruik van elektronica; in plaats daarvan, ze gebruiken een volledig optische methode die de snelheid en capaciteit van internetcommunicatie zou kunnen verbeteren. Dat zou een wegversperring kunnen wegnemen bij de overstap van 4GLTE naar 5G-netwerken.

Het team meldde dat een materiaal dat is gemaakt met behulp van tellurium-nanostaafjes - geproduceerd door natuurlijk voorkomende bacteriën - een effectief niet-lineair optisch materiaal is, geschikt om elektronische apparaten te beschermen tegen hoge intensiteit uitbarstingen van licht, inclusief die uitgezonden door goedkope huishoudelijke lasers gericht op vliegtuigen, drones of andere kritieke systemen. De onderzoekers beschrijven het materiaal en de prestaties ervan als materiaal bij uitstek voor opto-elektronische en fotonische apparaten van de volgende generatie.

Seamus Curran, een natuurkundeprofessor aan de Universiteit van Houston en een van de auteurs van het artikel, zei dat terwijl de meeste optische materialen chemisch worden gesynthetiseerd, het gebruik van een biologisch gebaseerd nanomateriaal bleek goedkoper en minder giftig. "We hebben een goedkopere gemakkelijker, eenvoudigere manier om het materiaal te vervaardigen, "zei hij. "We laten Moeder Natuur het doen."

De nieuwe bevindingen zijn voortgekomen uit eerder werk van Curran en zijn team, in samenwerking met Werner J. Blau van Trinity College Dublin en Ron Oremland met de U.S. Geological Survey. Curran synthetiseerde aanvankelijk de nanocomposieten om hun potentieel in de fotonica-wereld te onderzoeken. Hij heeft een Amerikaanse en internationale reeks patenten voor dat werk.

De onderzoekers merkten op dat het gebruik van bacteriën om de nanokristallen te maken een milieuvriendelijke syntheseroute suggereert, terwijl het indrukwekkende resultaten oplevert. "Niet-lineaire optische metingen van dit materiaal onthullen de sterke verzadigbare absorptie en niet-lineaire optische extincties veroorzaakt door Mie-verstrooiing over brede temporele en golflengtebereiken, ' schreven ze. 'In beide gevallen, Te [tellurium] deeltjes vertonen superieure optische niet-lineariteit in vergelijking met grafeen."

Licht met zeer hoge intensiteit, zoals die uitgezonden door een laser, kan onvoorspelbare polariserende effecten hebben op bepaalde materialen, Curran zei, en natuurkundigen hebben gezocht naar geschikte niet-lineaire materialen die de effecten kunnen weerstaan. Een doel, hij zei, is een materiaal dat de lichtintensiteit effectief kan verminderen, waardoor een apparaat kon worden ontwikkeld dat schade door dat licht zou kunnen voorkomen.

De onderzoekers gebruikten het nanocomposiet, bestaande uit biologisch gegenereerde elementaire tellurium-nanokristallen en een polymeer om een ​​elektro-optische schakelaar te bouwen - een elektrisch apparaat dat wordt gebruikt om lichtstralen te moduleren - die immuun is voor schade door een laser, hij zei.

Oremland merkte op dat het huidige werk voortkwam uit 30 jaar fundamenteel onderzoek, voortkomend uit hun eerste ontdekking van seleniet-ademende bacteriën en het feit dat de bacteriën discrete pakketjes elementair selenium vormen. "Vanaf daar, het was een stap terug in het periodiek systeem om te leren dat hetzelfde kon worden gedaan met telluriumoxyanionen, " zei hij. "Het feit dat tellurium een ​​potentiële toepassing had op het gebied van nanofotonica kwam als een onverwachte verrassing."

Blau zei dat de biologisch gegenereerde tellurium-nanostaafjes vooral geschikt zijn voor toepassingen met fotonische apparaten in het midden-infraroodbereik. "Dit golflengtegebied wordt een hot technologisch onderwerp omdat het nuttig is voor biomedische, omgevings- en veiligheidsgerelateerde detectie, evenals laserverwerking en voor het openen van nieuwe vensters voor optische vezel en communicatie in de vrije ruimte."

Er wordt verder gewerkt aan het uitbreiden van het potentieel van het materiaal voor gebruik in volledig optische telecomschakelaars, waarvan Curran zei dat het van cruciaal belang is bij het uitbreiden van de breedbandcapaciteit. "We hebben een enorme investering in glasvezel nodig, " zei hij. "We hebben meer bandbreedte en schakelsnelheden nodig. Daarvoor hebben we volledig optische schakelaars nodig."