Het manipuleren van licht op nanoschaal over brede frequentiebereiken is een uitdagend en actief onderzoeksgebied op het gebied van nanofotonica en metamaterialen. Hier zijn enkele manieren om dit te bereiken:

1. Plasmonische nanostructuren:

- Plasmonische nanodeeltjes, zoals metallische nanodeeltjes of nanostaafjes, kunnen gelokaliseerde oppervlakteplasmonresonanties (LSPR's) ondersteunen die licht op specifieke frequenties kunnen beperken en versterken. Door de grootte, vorm en opstelling van deze nanostructuren nauwkeurig te ontwerpen, is het mogelijk licht te manipuleren over een breed scala aan frequenties, van zichtbaar tot infrarood.

2. Metasurfaces:

- Metasurfaces zijn ultradunne technische oppervlakken die zijn samengesteld uit meta-atomen of resonatoren met een subgolflengte. Metasurfaces kunnen de amplitude, fase en polarisatie van licht bij specifieke frequenties en invalshoeken regelen. Ze kunnen worden ontworpen om licht over een breed frequentiebereik te manipuleren door verschillende soorten meta-atomen of resonatoren op te nemen.

3. Fotonische kristallen:

- Fotonische kristallen zijn periodieke structuren gemaakt van materialen met verschillende brekingsindices. Ze kunnen fotonische bandgaps vertonen, dit zijn frequentiebereiken waarin de voortplanting van licht verboden is. Door de periodiciteit en materiaaleigenschappen van de fotonische kristallen te controleren, is het mogelijk om de bandafstanden aan te passen en zo licht over specifieke frequentiebereiken te manipuleren.

4. Frequentieselectieve oppervlakken (FSS):

- FSS zijn periodieke structuren die selectief licht reflecteren of uitzenden op specifieke frequenties, terwijl andere frequenties doorgelaten worden. Door de geometrie en de afstand van de FSS-elementen zorgvuldig te ontwerpen, is het mogelijk om frequentieafhankelijke filtering en manipulatie van licht over een breed frequentiebereik te bereiken.

5. Nanogestructureerde materialen:

- Nanogestructureerde materialen, zoals halfgeleider-kwantumputten, kwantumdots en grafeen, kunnen unieke optische eigenschappen vertonen die lichtmanipulatie op nanoschaal mogelijk maken. Deze materialen kunnen worden ontworpen om de absorptie, reflectie en transmissie van licht over een breed frequentiebereik te regelen.

6. Niet-lineaire optica:

- Niet-lineaire optische processen, zoals het genereren van tweede harmonische, parametrische versterking en het genereren van somfrequenties, kunnen worden gebruikt om licht op verschillende frequenties te manipuleren. Door gebruik te maken van de niet-lineaire eigenschappen van bepaalde materialen is het mogelijk om licht van de ene frequentie naar de andere om te zetten, waardoor het bereik van frequenties dat kan worden gemanipuleerd wordt uitgebreid.

Deze benaderingen maken nauwkeurige controle en manipulatie van licht op nanoschaal over brede frequentiebereiken mogelijk, waarbij toepassingen worden gevonden in nanofotonische apparaten, optische communicatie, detectie, beeldvorming en spectroscopie.