杜克大学护理学院 新的无光纤无线光天线的特写镜头
银纳米立方体位于银基底上方几纳米处，中间夹着荧光染料
纳米立方体相对于基底的物理间距和尺寸大大增强了荧光染料的光子特性
学分:杜克大学安德鲁·特拉弗斯 可见光和红外光可以比无线电波携带更多的数据，但一直被限制在硬连线的光纤电缆中
杜克大学的一个研究小组与脸书的连接实验室合作，朝着放弃光纤的梦想取得了重大进展
在致力于为高速无线互联网创建自由空间光通信系统的同时，研究人员还表明，先前在微小的单单元等离子体天线上展示的速度和效率特性也可以在更大的厘米级设备上实现
这项研究发表在2月6日的网上
11发表在Optica杂志上
2016年，来自互联网的研究人员
组织的连通性实验室——脸谱网的一个附属机构——概述了一种新型光探测器，这种探测器有可能用于自由空间光通信
传统上，硬线光纤连接比无线电波无线连接快得多
这是因为可见光和近红外光的频率可以比无线电波(无线网络、蓝牙等)携带更多的信息
但是在无线设备中使用这些较高的频率是困难的
目前的设置使用发光二极管或激光瞄准探测器，可以重新定向自己，以优化连接
然而，如果探测器能同时捕捉来自不同方向的光，效率会高得多
问题是增加光接收器的尺寸也会使其变慢
连通性实验室的设计也是如此
一束球形荧光纤维捕获来自任何方向的蓝色激光，并重新发射绿光，这些绿光可以汇聚到一个小接收器上
虽然原型能够达到每秒2千兆比特的速率，但大多数光纤互联网提供商提供高达10千兆比特的速率，高端系统可以达到数千比特
为了寻找一种方法来加速他们的自由空间光通信设计，连接实验室求助于迈肯·迈克森
伊丽莎白·H
巴顿杜克大学电气和计算机工程及物理学副教授
在过去的十年里，迈克森一直是等离子体领域的首席研究员，等离子体将光捕获在微小纳米立方体的表面，以提高设备传输和吸收光的速度和效率一千多倍
银纳米立方体遍布新设备的整个表面
尽管先前的研究已经报道了单个立方体显示出改进的性能，但是新的工作表明这些效率的改进可以在宏观尺度上实现
学分:杜克大学安德鲁·特拉弗斯 “连通性实验室的原型受到他们使用的荧光染料的发射寿命的限制，导致它效率低且速度慢，”迈克森说
“他们想提高效率，结果发现我的工作显示荧光系统的响应速度超快
我的研究只证明了这些效率在单一的纳米级系统上是可能的，所以我们不知道它是否能扩展到厘米级的探测器
" Mikkelsen解释说，之前的所有工作都是用一根天线进行原理证明
这些系统通常包括间隔数十到数百纳米的金属纳米立方体，并且仅在金属膜上放置几纳米
虽然一个实验可能在大面积上使用数万个纳米立方体，但显示其超高速特性潜力的研究历史上只挑选了一个立方体进行测量
研究人员创造了一种新的等离子体元表面，将荧光染料分子夹在金膜和100纳米宽的银立方体之间
当光击中这个结构时，它会激发局部的表面等离子体，这使得染料分子在被入射光激发后非常快地发光
亚表面的示意图如(a)所示，12毫米样品的扫描电子显微镜图像如(b)所示
信用:迈肯H
杜克大学Mikkelsen 在这篇新论文中，Mikkelsen和在她的实验室工作的博士后研究员Andrew Traverso对大面积等离子体装置进行了更有针对性的优化设计
只有60纳米宽的银纳米立方体间隔约200纳米，覆盖了器件表面的17%
这些纳米立方体位于银薄层上方仅7纳米处，由一层聚合物隔开，聚合物中塞满了四层荧光染料
纳米立方体与银基相互作用，增强了荧光染料的光子能力，使整体荧光增加了910倍，发射率提高了133倍
超高速天线还可以从120度的视野捕捉光线，并将其转换为定向光源，总效率达到创纪录的30%
特拉弗斯说:“众所周知，等离子体效应在很大范围内会丧失很多效率。”
“但我们已经表明，你可以利用纳米器件吸引人的超快发射特性，在宏观尺度上重现它
我们的方法很容易转移到制造设备
我们可以用移液管和培养皿在不到一个小时的时间里创造出这些大规模的等离子体亚表面，仅仅是金属薄膜上的简单液体沉积
" 演示的总体效果是能够从大视野中捕捉光线，并将其汇聚到一个狭窄的圆锥体中，而不会损失任何速度
为了推进这项技术，研究人员需要将几个等离子体装置组装在一起，以覆盖360度的视野，并再次包括一个单独的内部探测器
虽然还有工作要做，但研究人员看到了一条可行的前进道路
“在这次演示中，我们的结构有效地将光子从一个宽角度传递到一个窄角度，而不损失速度，”迈克森说
“我们还没有像连通性实验室在他们的原始论文中那样集成一个常规的快速光电探测器
但我们解决了设计中的主要瓶颈，未来的应用非常令人兴奋！"
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