Billede af støbeformen, som fabrikeres ved DTU Nanolab og som er speciel designet til at replikere antireflektive overfladestrukturer til det infrarøde spektrum.

Natsværmerens øjne er det nye sort – i laser

mandag 30 sep 19
|
af Tom Nervil

Kontakt

Ordforklaring

Optical Coherence Tomography (OCT): Det midt-infrarøde lys er usynligt for det menneskelige øje, men kan anvendes til billeddannelse gennem OCT-apparater. Bølgelængden af det infrarøde lys afgør, hvad lyset kan udnyttes til, fordi materialernes absorption af lys varierer med de forskellige bølgelængder.

Transmittans er med forholdet mellem intensiteten af strålingen efter absorption divideret med intensiteten af strålingen før absorption

Chalcogenid er en kemisk forbindelse, der bruges i reproduktionsmetoden 

Xerografi er en reproduktionsmetode, hvor trykformen oplades med negativ elektricitet og belyses gennem det, som skal gengives. Denne opladning bliver kun på de ubelyste steder, herefter sprøjtes et farvepulver henover trykformen.

Spektroskopi er måling og studie af spektre. Ved et spektrum fra atomer, molekyler, stjerner forstås almindeligvis fordeling af intensitet som funktion af energien i de udsendte partikler (f.eks. elektroner eller fotoner).

 
Ved at genskabe mikroskopiske strukturer, som dem der giver natsværmerøjne sine særlige egenskaber, kan der skabes overflader til ultra højopløselige medicinsk billeddannelse. Det fremgår af et forskningsprojekt på DTU, som Mikkel Berri Lotz netop har beskrevet i sin ph.d.-afhandling.

Hvis man vil skabe sort, der er sortere end sort – uden refleksioner fra omgivelserne – skal man kigge dybt i natsværmerens øjne. De mikroskopiske strukturer skaber en unik overflade, som absorberer alt lys. Disse strukturer har forskerne fra DTU Nanolab genskabt i laboratoriet og påvist, at de kan anvendes til at optimere optisk kohærent laserlys.

Tilgangen til forskningen kaldes biomimetik og går ud på at aflure og genskabe naturens fantastiske løsninger. Et af de klassiske eksempler er f.eks. velcro, der plagierer burrens overfladestruktur, som fæstner sig uldne overflader (i naturen til f.eks. pelsen på et dyr, som så bærer burren med sig).

Natsværmeren kan noget særligt

En af de teknikker, som kan forbedres med natsværmerøjne-strukturer, kaldes optisk kohærens tomografi og kan potentielt anvendes til at diagnosticere cancer. Strukturerne vil ligeledes kunne bruges i ultrahurtige spektroskopisystemer til sporing og kemisk analyse af bl.a. drivhusgasser.

"Vi har kopieret natsværmerens kamuflagetrick til at få mere infrarødt lys igennem chalcogenid optiske fibre"
Mikkel Berri Lotz

”Vi har kopieret natsværmerens kamuflagetrick til at få mere infrarødt lys igennem chalcogenid optiske fibre (chalcogenid er en kemisk forbindelse, der bruges i reproduktionsmetoden xerografi, red.),” forklarer Mikkel Berri Lotz.

”Fiberfacetterne imprintes med at mønster, som er inspireret af mønsteret, som natsværmere har i øjnene, de såkaldte ”moth eye structures”, som er anti-reflektive.  Dvs. de store øjne reflekterer ikke lys, hvorved natsværmeren ikke nemt kan ses af rovdyr. 

Perspektivet er, at der kan fremstilles bedre superkontinuum lasere til brug for f.eks. optisk kohærens tomografi. 

Superkontinuum lasere

Det er tidligere blevet påvist, hvordan strukturen i kunstige natsværmerøjne kan optimere solceller, men Mikkel Berri Lotz, der netop har forsvaret sin ph.d., har nu påvist en metode, hvorved lignende overfladestrukturer hurtigt og effektivt kan overføres til endefacetten af infrarødtransparente optiske fibre. Det gør, at der er uendelig lidt refleksion af lyset, som derved intensiveres.

De fleste kender laserstråler som en kraftig lysstråle med kun én farve. Med en superkontinuum-laser er det muligt – ved at sende laserstrålen gennem optiske krystalfibre – at tage det kraftige laserlys med kun én farve og omforme det til hvidt lys med alle farver. I krystalfiberen sker en spektral spredning af lyset, dvs. at lyset går fra én bølgelængde (én farve) til hele spektret (alle farver). Ud over at indeholde alle synlige farver indeholder det hvide lys også det usynlige, infrarøde lys. Det er dette spekter af lys, som Mikkel Berri Lots har optimeret ved hjælp af strukturer, som de ses i natsværmerens sorte øjne. 

Billede taget med et optisk mikroskop der viser en chalcogenid fiber imprintet med en antireflektiv overfladestruktur. Fiberen er blot 170 µm i diameter.
Billede taget med et optisk mikroskop der viser en chalcogenid fiber imprintet med en antireflektiv overfladestruktur. Fiberen er blot 170 µm i diameter.

”Derved kan transmittansen (gennemskinneligheden af optiske materialer, red.) forbedres signifikant over et bredere spektrum, det vil sige, at at mere lys kan kobles ind i fiberen, hvilket potentielt set kan bruges til at generere et bredere spektrum af lys med en betydelig højere intensitet end tidligere,” forklarer Mikkel Berri Lotz, ph.d. i Fysik og Nanoteknologi.

Billede taget med et skanning elektron mikroskop der viser en optisk fiber imprintet med en antireflektiv overfladestruktur.

Billede taget med et skanning elektron mikroskop der viser en optisk fiber imprintet med en antireflektiv overfladestruktur.

Billede af imprintprocessen i det øjeblik hvor fiberen har kontakt med den underliggende fabrikerede støbeform.

Billede af imprintprocessen i det øjeblik hvor fiberen har kontakt med den underliggende fabrikerede støbeform.

Nyheder og filtrering

Få besked om fremtidige nyheder, der matcher din filtrering.
https://www.nanolab.dtu.dk/nyheder2/nyhed?id=BF8576A2-4A5D-447C-86F9-A4BF168B5A39
9 DECEMBER 2019