В МФТИ смоделировали новый класс оптических материалов
Фото © Wikimedia Commons
Необычный композит сочетает полезные свойства обычных кристаллов и метаматериалов и может быть использован для обработки оптических сигналов.
Учёные из МФТИ смоделировали композит в виде трёхмерной решётки из двух разных прозрачных материалов. У обоих низкие и не сильно отличающиеся друг от друга показатели преломления. Шаг решётки у них очень мал, порядка одной десятой длины волны видимого света. Материалы показали совершенно необычные и потенциально полезные в оптике свойства. Соответствующая работа опубликована в Optics Express.
Посмотреть виджет можно на основной версии сайта!
Авторы использовали модель собственной разработки, построенную на строгих численных решениях фундаментальных уравнений Максвелла. По итогам моделирования выяснилось, что свойства нового типа композитов очень гибки и могут изменяться в широком диапазоне. При малых значениях шага в их решётках оптические свойства у них подобны свойствам природных кристаллов. Но если слегка увеличивать шаг решётки (расстояние между её компонентами — нанополосками из двух материалов со слегка разными показателями преломления), то можно добиться появления ряда необычных эффектов.
При увеличении шага решётки в композитах, по расчётам, возникают новые оптические оси — до десяти осей в одном орторомбическом кристалле. В нормальных кристаллах оптическая ось всего одна. Оптическая ось — это направление, в котором эффект разделения лучей с разной поляризацией исчезает. У световых потоков с разной поляризацией волны двигаются или в горизонтальной, или в вертикальной плоскости.
С одной стороны фото одной и той же сцены пропущены только световые волны, колебавшиеся горизонтально, с другой — вертикально. Фото © Wikimedia Commons
Получение материалов сразу с десятью оптическими осями в теории позволит сделать очень гибкие средства обработки оптических сигналов. Вероятно, их можно будет использовать в лазерах и терагерцевых передатчиках. Причём направления оптических осей в смоделированных материалах не фиксированы, как в обычных. Они изменяются в зависимости от соотношения длин используемых волн света к шагу решётки этого композитного материала. То есть, не слишком сильно меняя этот шаг, можно получить целую гамму композитов с разными направлениями оптических осей и рабочими длинами волн.
Ранее многие физики по умолчанию предполагали, что близкие по показателю преломления материалы, да ещё и с малым шагом решётки, не покажут каких-то серьёзных эффектов и будут почти неотличимы от обычных кристаллов. Как показала новая работа, это далеко не так и новый класс композитов может иметь свойства, отсутствующие даже у перспективных метаматериалов.
Разделением лучей называют эффект расщепления луча света на две составляющие в оптически неоднородных средах. Если луч падает перпендикулярно к поверхности кристалла, то на этой поверхности он расщепляется на два. Первый луч продолжает распространяться прямо и называется обыкновенным, второй же отклоняется в сторону и называется необыкновенным.
