Ученые смогли нарушить фундаментальное правило света

Группа китайских исследователей разработала инновационную двухслойную метарешетку, которая позволяет точно управлять светом, выбирая лишь один угол и одну длину волны из широкого спектра. Как отмечается в публикации журнала eLight, ключевым элементом новой конструкции стал так называемый «направленный ластик» — технология, позволяющая подавлять спектральную подпись света вдоль заданной дисперсионной кривой.


Проект реализован под руководством профессоров Цзянь-Вэня Дуна (Университет Сунь Ятсена) и Лея Чжоу (Фуданьский университет). Учёные отмечают, что контроль над двумя фундаментальными параметрами света — длиной волны и направлением распространения — имеет решающее значение для развития современных оптических технологий, включая AR-дисплеи и спектральную визуализацию.

Обычно в периодических структурах эти параметры тесно связаны из-за внутренней дисперсии, что ограничивает их независимое регулирование и может вызывать оптические искажения, такие как хроматические аберрации. Однако исследователям удалось найти способ разорвать эту зависимость. Как показал теоретический анализ, ключевыми условиями для управления резонансным спектром стали высокая направленность излучения и сохранение пространственной инверсионной симметрии.

Разработанная двухслойная метарешетка с боковым смещением нарушает вертикальную зеркальную симметрию, позволяя точно управлять углом излучения. Теоретическая модель предсказывает, что резонансное отражение возникает только при определённом угле падения и длине волны, в частности — при нормальном падении и около 1342 нанометров.

Экспериментальная реализация технологии потребовала разработки новых методов микроизготовления, включая многоступенчатое травление, итеративное осаждение слоёв и высокоточное совмещение. Эти подходы позволили создать метарешётки с заданными характеристиками в ближнем инфракрасном диапазоне.

Проведённые измерения подтвердили точность прогнозов: высокое отражение наблюдалось исключительно при одном угле и одной длине волны. Угловые микроскопические исследования и анализ направленности резонансного излучения также подтвердили ключевую роль нового механизма подавления лишних оптических мод.

Кроме того, команде впервые удалось изготовить миллиметровые двухслойные метарешетки с высокой точностью и добиться одновременной пространственно-спектральной селективности. Это открывает новые перспективы для создания компактных и эффективных оптических систем, включая средства AR/VR, спектральные камеры, когерентные источники теплового излучения и высокоточные технологии в полупроводниковом производстве.

«Наше исследование не только решает фундаментальную проблему независимого управления углом и длиной волны света, но и открывает путь к созданию принципиально новых оптических приборов и вычислительных платформ», — заявили авторы проекта.

Читайте также: