液态薄膜超表面制备柔性光子晶体

美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校的超快和纳米光学组的Shimon Rubin和Yeshaiahu Fainman展示了如何在液体中制造出柔软而耐用的光子晶体。为此，他们基于液体薄膜中局部的加热来预测光子晶体的形成和性能，进行了一系列计算。开发很低功率的全光晶体管，并可以使功能更强大的计算机成为可能。

由于表面光学模式（红色）的干扰而引起的表面张力效应，TLD薄膜变形形成光学液体晶格（蓝色）。 这项工作在Advanced Photonics中进行了报道。

因为液体缺乏固定的结构，其通常不适合用于光子晶体。光子晶体的光学特性取决于能够反射数百万个精确放置的结构的光。但是液体会起伏流动，因此任何结构都会被迅速冲走。

但是，Rubin和Fainman指出，在液体薄膜与固体或气体之间的界面处，液体的表面张力与局部温度之间的相互作用会产生较小的结构（例如，液体的爬坡现象会产生堆积）。但是，这种结构是否足以充当超表面并改变光的传播尚不清楚。研究人员研究了液膜的几种排列方式，可以很容易地使光部分地在液体中被引导。为了获得结构，研究人员考虑了光吸收如何加热液体。通过使用在胶片内部以不同角度彼此交叉的光波，可以创建亮块和暗块的图案，该图案称为驻波图案。液体仅从亮块吸收能量，因此，液体将仅在非常特定的位置加热。

柔性油

研究人员利用液体的光学和热学性质，结合流体动力学方程式和光传播来计算流体吸收的热量，以及这将如何引起其局部变形。研究人员认为可以通过在两个和四个光波之间交叉来获得液膜中丘陵和山谷的周期性排列。两束光波形成丘陵和山谷的线条，三束光波形成丘陵和山谷的六边形排列，而四束光束形成棋盘排列。然后从这些空间排列中计算出光学性质。

为了证明他们提出的超表面是有用的，研究人员计算了激光的阈值。如果将诸如染料之类的增益介质添加到流体中，则如上所述的液体的周期性变形会导致形成能够支持激光模式的谐振器。修改光子液晶的对称性然后使得能够控制激光模式的频率和发射方向。

液体光子晶体具有一些非常好的特性。由于使用光在液体中创建图案，因此图案能够自然形成且没有错误。并且，可以通过改变光波之间的角度或用于创建图案的激光波长来即时改变图案。另外，通过调制光波，液体光子晶体甚至可以创建动态导光模式。这种固有的灵活性将使许多有趣的应用程序可以在例如计算和医疗保健中使用。但是，这种液体光子晶体仍需要建立解释的物理模型。