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用納米粒子可生成等離子共振彩色全息圖

                                                                           2014-09-01

 


   公元4世紀,羅馬人制造了一種名為萊克格斯杯(Lycurgus cup)的特殊玻璃杯,玻璃內分布著精細的金銀微粒,能根據光照方向不同改變顏色,光從一邊照是綠色,從另一邊照是紅色的。雖然制造者也未必知道其中原理,但現在我們知道,這是由於表面等離子共振造成的。

  據物理學家組織網報道,最近,英國劍橋大學一個研究小組利用這種表面等離子共振構建出新型全息圖,就像萊克格斯杯一樣。他們把不同大小和形狀的銀納米粒子按一定紋理排列在基底上,光會在粒子表面发生不同的散射,全息圖也能隨之改變顏色。由於粒子能同時產生兩種顏色,所以能存儲更多信息,在3維顯示器、信息存儲設備等多領域有著廣闊的應用前景。相關論文发表在近期美國《國家科學院學報》上。

  “這是受萊克格斯杯獨特光學屬性的啟发。”尤文·蒙特朗格說,“它是基於光源位置不同而改變顏色,與觀察者的位置基本無關,和一些貴晶體產生的二向色效應不同。迄今為止,人們還從未在天然材料上发現過‘等離子效應’。”

  目前幾乎所有的傳統全息圖都是一種顏色,由於彩色全息圖有方向限制,還無法在一個平面上產生彩色全息圖。傳統全息圖的衍射條紋大於光的半波長,研究人員造出的新型全息圖與傳統的衍射條紋要小於光的半波長,能控制光的幹涉,而且衍射波段更窄,由納米結構的等離子增強光散射產生了彩色效果。

  這種亞波長距離带來了許多優勢。如兩種不同的等離子納米粒子在亞波長距離能實現多路复用,或結合使用,但不會耦合在一起。利用不同形狀和大小的銀納米粒子就能控制顏色,每種納米粒子都能攜带獨立信息,存儲的信息總量也更多。

  目前的設備顯示,納米粒子能在超出衍射界限范圍存儲並傳輸獨立信息,因此要造出能180度投射的彩色全息圖是可能的。研究人員指出,這種投射的幅度甚至超出一個平面,需要用曲面來顯示。

  論文合著者、劍橋大學的凱勒姆·威廉姆斯說:“除了替代信用卡上的‘彩虹全息圖’,這種全息技術還能用於球面投射圖像,這是傳統光學迄今未能實現的。此外,其還能作為產生動態三維彩色顯示器的基礎,以及能讓光學數據存儲設備進一步擴大存儲量。”

  他們還計劃進一步研究該技術的多種應用。蒙特朗格說:“未來研究會集中在等離子效應的調節機制方面,主要目標是整合新的調制方案,造出超薄顯示器和動態全息圖。”

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