攻到自然：光学与光子学

这是从摘录摘自Terrapin Bright Green的《自然》报道。

控制光的捕捉和排放是两种生物和行业的重要功能。的光操纵 - 被称为光子 - 包括生成，检测，吸收，散射和光处理。

照明空间，吸收太阳光，并发送数据光学是今天的经济至关重要。在光电子，其中包括灵感来自于大自然的创新，已使公司在行业，如先进的材料，建筑系统，电子，医疗保健和电信创造和今天的产品功率许多。由于不断增加的能源成本，这些产品的效率是其在市场上的成功，为消费者和他们的厂商的竞争力的运营成本是至关重要的。

选择策略

光吸收

许多动物和植物使用材料和纳米结构来确保光被吸收。它们为纳米级设计提供了蓝图，以吸收宽或窄范围的光谱，这在创建抗反射表面以提高太阳能电池效率时非常重要。

生物启发的纳米级几何创造了抗反射表面，与非结构表面相比，允许更多的光线在材料之间转换。这一策略的一个显著应用是提高商用太阳能电池光吸收的增透膜。这些薄膜模仿了蛾子眼睛的低反射。

光反射

光的反射对于许多以视觉信号和数据通信为目的的技术是重要的，包括交通标志和道路标记，光谱设备的反射表面，平板显示器和led的反光板，以及许多重要的工业过程。在生物体中，材料的堆积或同心层通常会产生反射表面。

热带水果玛格丽特种子的彩虹色、分层的细胞结构激发了光子纤维的灵感，当拉伸时可以反射不同的颜色。该纤维可用于包括机械故障的视觉检测在内的广泛应用。其他的技术正在开发利用这一战略，创造结构颜色-颜色独立于化学色素。

导光

光可以通过的材料被引导而不是简单地被吸收和反射。许多可商购的光学器件，诸如IRLens，基于眼结构如何引导光。准确地引导可见光是尤为关键的光学芯片的技术，它可以取代传统的电子芯片更快的数据传输。

光可以通过的材料被引导而不是简单地被吸收和反射。

某些生物材料，如彩虹甲虫壳和海海绵，为光引导装置的新制造技术提供了灵感。虽然到目前为止还没有商业化的光子产品，但是生物激发的光子结构将使光在未来的光电设备中被操纵和引导。

现有产品

防反射膜

夜间飞蛾具有吸收光的高比例的眼睛，让他们看到在非常低光照条件下。纳米级结构在他们眼中有利直接入射光，以增加昆虫的感光度降低外部反射到捕食者可见。

负责这种敏感性的一种特殊成分，“蛾眼”结构，覆盖在眼睛的微米大小的层面，作为一种抗反射涂层。长冈大学(Nagaoka University)的研究人员模仿这种结构开发了用于现有太阳能电池阵列的蛾眼薄膜，美国的研究人员也开发了在太阳能电池生产过程中加入蛾眼纳米结构的制造技术。研究人员已经证明，抗反射的飞蛾眼薄膜可以将入射光子转化为可用电能的效率提高5- 10%，这对任何一种太阳能电池技术来说都是可喜的进步。

IRLens

只加热必要的空间，而不是整个房间，可以减少设施的能源需求。的热区辐射加热器中的IRLens使用中的龙虾，小龙虾和虾的眼睛看到了同样的原理 - 光聚焦于特定领域 - 直接红外光。商业化到了100万$的业务后，技术授权给舍费尔通风。可以通过50％以上归功于设备的仿生镜头可以降低能源成本。热区加热器能够加倍常规局部加热技术的效率，提供源的能量的85％至需要加热的区域。

产品在开发中

IR光传感器

大闪蝶的翅膀在光线与翅膀的纳米和微尺度结构相互作用时，会产生充满活力的、彩虹般的色彩。翅膀由几丁质(一种丰富的生物聚合物)制成的鳞片组成，每个鳞片都支撑着一排微小的平行脊线。每个山脊的横截面显示出一个分枝的、周期性的纳米级结构。GE全球研发中心已经确定这些比例尺对热能的变化有光学响应。红外光子的吸收和随后几丁质转化为热能导致纳米结构的膨胀;这种物理变化导致翅膀的彩虹色发生明显变化。以前，翼片对红外光子的反应速度和灵敏度在人造热传感器中是无法达到的。

基于大闪蝶翅膀的纳米结构的新型热传感器正在开发中，不仅可以提高响应速度和热灵敏度，还可以减少它们的像素大小。对自然界光子结构的持续研究可能会激发新一代的传感器技术。