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.
Рассчитанные в МФТИ композиты в виде решётки из двух материалов разной прозрачности можно будет использовать в системах связи и лазерах
Фото © МФТИ
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.
