Физики нашли способ обойти законы оптики с помощью нанотехнологий

1 сентября 2011 года

Физики из Гарварда нашли способ нарушить законы отражения и преломления света при помощи микроскопических световых антенн из наночастиц золота, прикрепленных к поверхности стекла - это открывает дорогу для систем оптической радиосвязи и абсолютно плоских линз в будущих телескопах, телекамерах и обычных очках, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

Как заявляют авторы статьи, такие линзы не будут страдать от геометрических искажений по краям картинки, которые неизбежно возникают в "обычных" оптических приборах.

"Особая структура поверхности позволила нам превратить плоское стекло в "кривое" зеркало. Мы открыли новый раздел оптики, которая интересна с точки зрения применения фотоники - науки о поведении частиц света - на практике", - заявил один из участников группы Федерико Капассо (Federico Capasso) из Гарвардского университета.

В классической оптике для определения траектории луча света при его отражении или преломлении достаточно знать всего два параметра - угол падения луча и коэффициент преломления среды, через которую будет проходить луч.

Группа ученых под руководством Наньфана Ю (Nanfang Yu) из Гарвардского университета обнаружила, что классические законы не работают в случае, если свет отражается или преломляется на прозрачном материале, на поверхности которого нанесены металлические наноструктуры.

"Как правило, поверхность, к примеру, озеро, разделяет две оптически разных среды - воду и воздух и не играет никакой роли в движении света. Но в нашем случае эта граница принимает активное участие в преломлении и отражении световых волн", - пояснил Наньфан Ю.

Ученые нанесли на прозрачную пластинку из оксида кремния тонкий слой из V-образных золотых "антенн" - так называемых плазмонных резонаторов. При встрече с лучом света на поверхности металла возникают коллективные колебания электронов, способные поглощать и испускать энергию в виде фотонов.

Протяженность сторон у этих букв V составляет несколько нанометров, что намного меньше, чем длина волны видимого света - от 390 до 750 нанометров. В таком случае свет может как "столкнуться" с плазмоном и изменить направление движения или задержаться внутри этой структуры, так и пролететь мимо резонатора. Как отмечают физики, всеми свойствами света - направлением движения, цветом, яркостью и поляризацией - можно легко управлять, изменяя количество и направление антенн в заданном участке плоскости.

При помощи таких антенн авторы статьи создали оптическую воронку - устройство, которое "закручивает" свет таким образом, что в ее центре образуется черное пятно, где волны света подавляют друг друга. В отличие от "обычных", механически сложных устройств, оптическая воронка Наньфаня Ю и его коллег выглядит как ничем не примечательный кусок стекла, который тем не менее, умеет "закручивать" свет.

Ученые полагают, что их открытие поможет разработать надежные и быстродействующие устройства для кодирования и декодирования информации в оптоволоконных системах связи.