8 800 100−95−17 — Звонок по России бесплатный, +7 (495) 765−49−21 — Москва
zakaz@mospoleko.ru

Физики упростили разработку оптических наносистем

 

Нынешняя наука много внимания уделяет различным оптическим системам и устройствам. Свет при контакте с разными поверхностями проявляет такие свойства, которые могут быть сюрпризом. Особенно если это какие-нибудь необычные поверхности, создаваемые искусственно. Одними из таких структур являются наноматериалы и наноповерхности. Они состоят из особым образом расположенных частиц, размещённых на подложке. Свойства метаповерхностей определяются не столько материалами, из которых состоят их компоненты, сколько их структурой в целом.

 

Российские и французские физики нашли способ упростить проектирование таких наноповерхностей. Открытие состоялось благодаря гранту Российского научного фонда и описано в журнале Physical Review E.

 

Все мы со школьной скамьи заучивали правило: «Угол падения равен углу отражения». Она фигурировала даже в поучительном советском мультфильме. Но не следует упрощённо понимать эту формулу. Она отражает идеальное состояние поверхности и справедлива только для зеркал, при условии, что они не повреждены и непрозрачны. Для остальных поверхностей поведение падающего и отражённого луча отличаются от неё.

 

Вследствие этого проектирование оптических систем затруднено. Один из главных его этапов – предсказание поведения отражённого и рассеянного света на основе информации о падающих лучах. Для этого специалисты составляют особую матрицу рассеяния (S-матрицу). Она справедлива для разных видов излучения, особенно для СВЧ-диапазона. Однако из-за того, что упомянутое правило можно применять только к зеркалам, предугадать дальнейшее распространение излечения в той или иной поверхности до сих пор было почти невозможно. Особенно если дело касается наноматериалов, регулярные структуры частиц в которых могут давать непредсказуемые эффекты – скажем, отрицательный коэффициент преломления.

 

Матрица рассеяния – это прямоугольная таблица, числа в которой характеризуют переход от падающих электромагнитных волн это и есть свет) в отражённые и рассеянные. Её и использовали физики, создавая новый способ разработки оптических систем. Они рассказали, что оптический объект можно представить составленным из более простых элементов, для каждого из которых составляется матрица рассеяния. При этом нет необходимости определять, из чего состоит этот элемент и какие у него прочие физические и химические свойства. Подготовив матрицы для разных элементов, можно их объединять в одну большую матрицу, описывающую свойства всей системы. Такая задача гораздо проще, чем традиционные подходы.

 

Свою разработку специалисты уже показали на практике. В данном случае использовалось терагерцовое излучение – оно находится между инфракрасным диапазоном и СВЧ. В настоящее время такое излучение находит всё более широкое применение, поскольку оно менее опасно, чем рентгеновское, но обладает не менее эффективными свойствами. Было продемонстрировано, как терагерцовые волны взаимодействуют с объектом со сложным строением – его нижний слой состоит из кремния, над ним находится оксид кремния, а сверху – графен (особая разновидность углерода); объект представлял собой гофрированную поверхность и являлся примером метаматериала. 

 

У этой разработки, как уверены специалисты, большое будущее. Ведь современная оптика непрерывно развивается, и новые устройства и системы далеко ушли от того, что мы имели несколько десятилетий назад. В дополнение к очкам, микроскопам, телескопам, фотоаппаратам и приборам ночного видения появились оптоволоконные системы связи, лазеры, спектрографы, термостаты и другие высокотехнологичные приборы, и это ещё не предел. И во многих случаях в таких устройствах есть необходимость изменять оптические свойства поверхностей. Теперь создавать сложные конструкции станет проще, быстрее и дешевле, а это благотворно повлияет на стоимость самих устройств.

51
27.11.2018 г.
8 800 100−95−17 - Звонок по России бесплатный, +7 (495) 765−49−21 - Москва
zakaz@mospoleko.ru
TOP