Новые законы оптики позволят создать плоские линзы.

Исследователи из Гарвардской школы прикладных и инженерных наук (SEAS) смогли обхитрить многовековые законы преломления и отражения лучей света при помощи нового метода, получившего название «скачок фазы». Сделанное открытие заставило ученых пересмотреть все классические математические законы, на основании которых предсказывался путь луча света при его отражении от различных поверхностей или при переходе в другую среду.

Изменив форму поверхности, ученым удалось добиться на плоской поверхности эффекта кривого зеркала, что открывает новые возможности для развития фотоники. Как известно, в многообразных средах скорость распространения света различна. Солнечный луч отражается и преломляется каждый раз, когда направлен под углом к поверхности материал. Это связано с тем, что одна сторона светового луча достигает поверхности немного раньше другой, в результате чего изменяется направление волнового фронта.

Однако при изучении поведения светового луча, направленного на поверхность со сложным рисунком из металлических наноструктур, оказалось, что обычными уравнениями описать и объяснить наблюдаемые в лаборатории явления невозможно. Исследователи сформулировали и экспериментально продемонстрировали новые законы оптики, в которых учли открытие, сделанное группой Капассо. Это открытие гласит, что если граница раздела разных сред имеет сложный узор, то она в таком случае выступает в качестве третьей среды.

Главным компонентом экспериментальной установки SEAS выступает массив, образованный крошечными золотыми антеннами, выгравированными на кремниевой пластине. Толщина этого массива намного меньше длины световой волны, и при падении света на гребни антеннок кремниевая пластина с нанопокрытием создает так называемый скачок фазы. Каждая золотая антенна на массиве играет роль резонатора, который ловит световой луч в своеобразную ловушку и задерживает его на определенное время. Градиент разных видов наноразмерных резонаторов, выгравированных на всей поверхности кремния, может влиять на поведение луча еще до начала его распространения в новой среде. Таким образом возникают новые явления, которые невозможно описать с помощью классических законов оптики.

Открытие, сделанное гарвардскими исследователями, открывает много новых возможностей работы со светом: теперь можно управлять направлением, яркостью, цветом светового луча. Применение новых законов позволит, к примеру, создать плоские линзы, способные преломлять свет без аберраций.