Симуляция распространения отраженных от зеркала волн при угле падения 60°
Minin et. al. / Scientific Reports, 2020
Физики создали плоское диэлектрическое зеркало, которое способно фокусировать свет в отраженном пучке. Его принцип работы основан на эффекте фотонной струи, согласно которому микрочастицы в материале могут выполнять функцию линз, фокусируя излучение в субволоновом диапазоне. Результаты работы, опубликованные в журнале Scientific Reports, помогут создать приборы для оптической визуализации с более высоким разрешением изображения.
Обычные сферические зеркала преломляют свет благодаря своей изогнутой форме. Лучи света в таких зеркалах проходят различный путь в зависимости от места падения, из-за чего по-разному преломляются. Благодаря этому на выходе они теряют параллельность и собираются в фокусе. У плоских зеркал из-за одинаковой толщины на всей их протяженности, преломления не происходит. Отраженные от таких зеркал лучи, шедшие до этого параллельно друг другу, не собираются в одной точке. Не так давно исследователям удалось создать плоские зеркала, которые имеют фокус. Они представляют собой слоистую структуру из диэлектрических материалов или комплекс метал-изолятор-металл и способны фокусировать свет при определенном угле падения вблизи поверхности линзы.
Физики под руководством Чэн-Ян Лю (Cheng-Yang Liu) из Национального университета Ян-Мина разработали плоское зеркало, работающее по совершенно другому принципу. Принцип его работы основан на эффекте фотонной струи, который заключается в фокусировке отдельными диэлектрическими частицами падающего света. Каждая такая микрочастица по-своему преломляет попадающий на нее свет и собирать его в своем фокусе на небольшом расстоянии от поверхности. В зависимости от формы частицы будет отличаться и вид фотонной струи — потока излучения, который образуется на теневой стороне частицы после преломления падающего на нее света.
Изображения отраженных от зеркала пучков излучения. (a), (b), (c) — для диэлектрического зеркала и углов падения соответственно 45°, 60° и 75°; (d) — для кремниевой подложки под углом падения 45°.
Igor V. Minin et. al. / Scientific Reports 2020
Созданное учеными зеркало представляет собой слой полидиметилсилоксана — органического полимера, содержащего атомы кремния и кислорода — на кремниевой подложке. Молекулы внутри этого материала собираются в микрочастицы различной формы, граничащие друг с другом. Изготовленное исследователями зеркало имеет форму квадрата размером 10×10 микрометров толщиной всего один микрометр. Его поместили на кремниевую подложку, после чего освещали излучением с тремя длинами волн из разных частей видимого спектра под углами от 30 до 75 градусов.
В результате авторы выяснили ключевые особенности фотонной струи нового фокусирующего плоского зеркала. В частности, они установили точку ее максимальной интенсивности. Ученые также показали, что с увеличением угла освещения интенсивность излучения в фокусе отраженного пучка уменьшается. При этом падают и линейные параметры пучка.
Из-за того, что фокусные расстояния нового материала находятся в микрометровом диапазоне, авторы предлагают использовать его для создания небольших фотонных устройств, в которых свет распространяется между элементами без дифракции. Также такое фокусирующее плоское зеркало найдет применение в приборах для оптической визуализации, где позволит существенно повысить получаемое при съемке разрешение.
Кроме твердых зеркал бывают еще и жидкие. Ранее ученые из Имперского колледжа Лондона использовали две несмешивающиеся жидкости и наночастицы золота, чтобы создать зеркало с переменным коэффициентом отражения, который можно контролировать с помощью электрического тока.
Никита Шевцев
Оценили 6 человек
9 кармы