거실은 자주색, 침실은 파란색, 부엌은 녹색으로 무지개의 다른 색조로 집안의 각 방을 가득 채우는 소형 장치를 개발하고 있다. NIST (National Institute of Standards and Technology)의 과학자들이 이끄는 연구팀은 처음으로 입사광을 조명 방향에 따라 구성 색상으로 나누거나 미리 결정된 출력 각도로 이 나노 미터 장치를 색을 비추는 나노 스케일 장치를 개발했다.
멀리서 볼 때 방향성 컬러 필터라고 하는 이 장치는 빛을 여러 색상으로 분리하는 평행한 그루브 또는 슬릿을 포함하는 평평한 금속 표면인 회절 격자와 비슷하다. 그러나 격자와 달리 불투명한 금속 박막으로 에칭된 나노 미터 크기의 그루브는 주기적이 아니며 동일하게 이격되지 않았다. 그것들은 간격이 다양하고 가시 광선의 파장보다 훨씬 작은 그루브 선 또는 동심원의 집합이다. 이러한 속성은 필터의 크기를 축소하고 격자가 할 수 있는 것보다 더 많은 기능을 수행할 수 있게 한다.
예를 들어, 장치의 불균일한 또는 비주기적인 그리드 (grid)는 특정 파장의 빛을 원하는 위치로 보내도록 조정할 수 있다. 이 필터는 디스플레이를 위한 밀착된 간격의 적색, 녹색 및 청색 픽셀을 생성하고, 태양 에너지를 수집하고, 유입되는 빛의 방향을 감지하고, 필터 상단에 배치된 초박막 코팅의 두께를 측정하는 것을 포함하여 몇 가지 유망한 애플리케이션을 가지고 있다.
소스의 위치에 따라 들어오는 백색광을 선택적으로 필터링하는 것 외에도 필터는 두 번째 방식으로 작동할 수도 있다. 특정 각도에서 특정 파장의 빛을 편향시키도록 맞춤 설계된 필터를 통과하는 색상의 스펙트럼을 측정함으로써 연구원은 알 수 없는 광원의 위치를 ？？정확하게 파악할 수 있다. 이것은 소스가 예를 들어 항공기를 겨냥한 레이저인지를 결정하는데 중요할 수 있다.
비주기 구조를 지닌 방향 필터는 주기적 구조를 가진 회절 격자와 같은 장치로 근본적으로 달성할 수 없는 많은 방법으로 기능할 수 있다. 맞춤형으로 설계된 이 장치로 우리는 동시에 여러 파장의 빛을 조작할 수 있다.
방향성 컬러 필터의 작동은 빛의 포톤 입자와 금속의 표면을 따라 떠 다니는 전자 바다 사이의 상호 작용에 의존한다. 광자가 금속 표면에 닿으면 이 전자 바다에서 파문이 생겨 원래의 광원보다 훨씬 작은 파장의 특별한 형태의 광파-플라즈몬이 생성된다.
비주기적인 장치의 설계 및 작동은 주기적인 대응 장치만큼이나 직관적이지 않다. 그러나 연구팀은 이러한 장치를 설계하기위한 간단한 모델을 개발했다. 이 모델을 사용하면 시간이 많이 소요되는 수치 근사화에 의존하지 않고 이러한 비주기 디자인의 광학 응답을 신속하게 예측할 수 있으므로 설계 시간을 크게 단축할 수 있으므로 디바이스 제조 및 테스트에 집중할 수 있다.
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