Al meer dan een eeuw, optische coatings zijn gebruikt om bepaalde golflengten van licht van lenzen en andere apparaten beter te reflecteren of, omgekeerd, om bepaalde golflengten er beter doorheen te zenden. Bijvoorbeeld, de coatings op getinte brillen reflecteren, of "blokkeren, " schadelijk blauw licht en ultraviolette stralen.

Maar tot nu toe, er was nooit een optische coating ontwikkeld die tegelijkertijd dezelfde golflengte kon reflecteren en doorlaten, of kleur.

In een paper in Natuur Nanotechnologie , onderzoekers van de University of Rochester en Case Western Reserve University beschrijven een nieuwe klasse optische coatings, zogenaamde Fano Resonance Optical Coatings (FROC's), dat kan worden gebruikt op filters om kleuren van opmerkelijke zuiverheid te reflecteren en door te geven.

In aanvulling, de coating kan worden gemaakt om slechts een zeer smal golflengtebereik volledig te reflecteren.

"De smalheid van het gereflecteerde licht is belangrijk omdat we een zeer nauwkeurige controle van de golflengte willen hebben, " zegt corresponderende auteur Chunlei Guo, professor aan het Rochester Institute of Optics. "Vóór onze technologie, de enige coating die dit kon doen was een meerlagige diëlektrische spiegel, dat is veel dikker lijdt aan een sterke hoekafhankelijkheid, en is veel duurder om te maken. Dus, onze coating kan een goedkoop en hoogwaardig alternatief zijn."

De onderzoekers zien enkele toepassingen voor de nieuwe technologie. Bijvoorbeeld, ze laten zien hoe FROC's kunnen worden gebruikt om thermische en fotovoltaïsche banden van het zonnespectrum te scheiden. Een dergelijk vermogen zou de effectiviteit kunnen verbeteren van apparaten die hybride thermisch-elektrische energieopwekking gebruiken als optie voor zonne-energie. "Door alleen de bruikbare band van het zonnespectrum naar een fotovoltaïsche cel te leiden, wordt oververhitting voorkomen, ' zegt Guo.

De technologie zou ook kunnen leiden tot een verzesvoudiging van de levensduur van een fotovoltaïsche cel. En de rest van het spectrum "wordt geabsorbeerd als thermische energie, die op andere manieren kunnen worden gebruikt, inclusief energieopslag voor de nacht, elektriciteitsopwekking, door zonne-energie aangedreven waterzuivering, of het opwarmen van een voorraad water, ' zegt Guo.

"Deze optische coatings kunnen duidelijk veel dingen die andere coatings niet kunnen, " voegt Guo toe. Maar net als bij andere nieuwe ontdekkingen, "het zal wat tijd kosten voor ons of andere laboratoria om dit verder te bestuderen en met meer toepassingen te komen.

"Zelfs toen de laser werd uitgevonden, mensen waren aanvankelijk in de war over wat ze ermee moesten doen. Het was een noviteit op zoek naar een toepassing."

Guo's laboratorium, het Femtoseconde laserlaboratorium met hoge intensiteit, staat bekend om zijn baanbrekende werk bij het gebruik van femtosecondelasers om unieke eigenschappen in metalen oppervlakken te etsen.

Het FROC-project kwam voort uit de wens om "parallelle" manieren te onderzoeken om unieke oppervlakken te creëren zonder laseretsen. "Sommige toepassingen zijn gemakkelijker met laser, maar anderen zijn gemakkelijker zonder hen, ' zegt Guo.

Fano-resonantie, vernoemd naar de natuurkundige Ugo Fano, is een wijdverbreid fenomeen van golfverstrooiing dat voor het eerst werd waargenomen als een fundamenteel principe van atoomfysica waarbij elektronen betrokken zijn. Later, onderzoekers ontdekten dat hetzelfde fenomeen ook kan worden waargenomen in optische systemen. "Maar het ging om zeer complexe ontwerpen, ' zegt Guo.

Guo en zijn collega's vonden een eenvoudigere manier om te profiteren van Fano-resonantie in hun optische coatings.

Ze brachten een dunne, 15 nanometer dikke laag germanium op een metalen oppervlak, het creëren van een oppervlak dat in staat is een brede band van golflengten te absorberen. Ze combineerden dat met een holte die een smalbandige resonantie ondersteunt. De gekoppelde holtes vertonen Fano-resonantie die in staat is een zeer smalle lichtband te reflecteren.