革命性的新型水基光学器件

时间:2019-11-20 14:31 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

  

革命性的新型水基光学器件

 

  利用界面波克尔斯效应提取光调制。

  一种利用水作为介质来调制光的新方法,称为巨型光学调制,它比传统方法更便宜,更容易使用。

  光在自然界中是多种多样的。换句话说,它在不同类型的材料中表现出不同的特性。这一特性已经在各种技术中得到了探索,但是光与材料相互作用的方式需要被操作以获得预期的效果。这是通过一种叫做光调制器的特殊装置来实现的,它可以改变光的特性。

  当电场作用于光通过的介质时,就能看到这样一种被称为“珀克尔斯效应”的性质。通常情况下,光碰到任何介质都会“弯曲”,但是在Pockels效应下,介质的折射率(测量光弯曲程度的一种方法)与外加电场成比例地变化。这种效应在光学工程中有多种应用,如光通信、显示、电子传感器等。但是,这种效应究竟是如何在不同的材料中发生的,目前还不是很清楚,因此很难充分发掘它的潜力。

  在阻塞性睡眠呼吸暂停综合症连续发表的一项突破性的研究,一组科学家Tokunaga二在东京大学教授领导的科学包括Daisuke Hayama圭佑濑户,首席山下式,Shunpei Yukita(所有东京理科大学)和Takayoshi小林(Electro-Communications大学和国家顾问工程大学)阐明泡克耳斯效应的机理的新型光调制器。

  直到最近,这种效应只在一种特殊类型的晶体中观察到,这种晶体价格昂贵,因此很难使用。12年前,Tokunaga教授和他的团队观察到这种效果,第一次在顶层(也称为界面层)的water-something未见的大部分水接触电极,显示一线希望科学家试图创建简单的光学仪器。

  尽管Pockels系数(测量Pockels效应的一种方法)大了一个数量级,但由于这种效应只在薄的界面层中产生,因此需要一种高灵敏度的探测器。更重要的是,甚至它的机制也没有被清楚地理解,这使得整个过程更加复杂。德永教授和他的团队希望找到一个解决方案,经过多次尝试和失败,他们终于成功了。谈到这项研究的动机时,德永教授表示:“以水为介质很难测量电光信号,因为它只存在于一层薄薄的介质中。因此,我们想找到一种从介质中提取大信号的方法,这种方法不需要高灵敏度的测量,而且更容易使用。”

  为了做到这一点,科学家们在水中的玻璃表面建立了一个透明的电极,并对其施加电场。界面层(也称为电双层或EDL)只有几纳米厚,显示出不同于其余水的电化学性能。它也是在电场作用下能观察到波克尔斯效应的水的唯一部分。

  科学家们利用全反射的概念,在水和电极之间的界面创造了一个大角度。他们观察到,当光通过电极进入EDL时,两层折射率的变化可以改变反射信号。由于透明电极的折射率大于水和玻璃的折射率(分别为1.33和1.52),因此两端的反射光量增加,从而导致更强的Pockels效应。这很重要,因为一个大的、增强的信号意味着即使是低灵敏度的设备也可以用来测量它。此外,由于实验装置并不复杂,只由一个浸在含有电解质的水中的透明电极组成,因此这种方法使用起来要简单得多。更不必说,水是一种廉价的介质,导致整个过程成本低。德永教授详细阐述了这些发现,他说:“通过我们的技术,我们观察到光调制的最大强度变化与施加的交流电压成50%的比例。”

  受到这些观察结果的鼓舞,德永教授和他的团队希望用数学计算来验证这些结果。他们惊奇地发现理论计算与实验结果相符。此外,他们观察到,理论上,100%的光强度调制可以实现,这是令人兴奋的,因为这证实了他们的发现。德永教授说:“结果令人惊讶,但更令人惊讶的是,我们的理论分析显示,它们完全可以解释

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