Супер- и гиперлинзы на основе поверхностных плазмонов и метаматериалов

При оптических длинах волн собственные резонансы металла могут приводить к отрицательной диэлектрической постоянной (ε). Поэтому очень тонкий слой металла при длине волны, где ε =−1, может действовать как суперлинза. И Блэйки, и Джанг использовали слой серебра толщиной около 40нм, чтобы получить изображение пучков света с длиной волны 365нм, испускаемых сформированными отверстиями, меньшими, чем длина волны света. И хотя серебряная пленка далека от идеальной линзы, серебряная суперлинза существенно улучшала разрешение изображения, доказывая правильность основного принципа работы суперлинзы.На рис. 7 представлена суперлинза, антенна и ее изображение с помощью суперлинзы.Рис. 7. Суперлинза, антенна и ее изображение4. ГиперлинзаОдной из разработок в области метаматериалов является изобретение под названием гиперлинза. Это прибор, действие которого основано на использовании анизотропныхметаматериалов.Он способен различать предметы менее половины длины волны видимого света (дифракционный предел) и проецировать изображение в дальнее поле, где с помощью стандартной оптики изображение может быть увеличено далее до нужных размеров. Первые приведенныеисследования гиперлинзы показали, что на ее границах импеданс n претерпевал существенный скачок. Это приводило к частичному отражению оптического сигнала и значительно уменьшало его интенсивность на выходе.В связи с этим позже были разработаны модели “внутренней” и “внешней” гиперлинз, построенные на условии равенства импедансов на внешней и внутренней границах.Разработаннаягиперлинзапредставляет собой бесконечный в направлении оси z цилиндр с выколотой сердцевиной (рис. 8).Рис. 8. ГиперлинзаТеоретически такая конструкция должна точно проецировать пять источников с интерфейса р = а на р = l, при этом, поскольку импеданс не терпит скачка только на одной границе (внутренней либо внешней границе гиперлинзы), следует ожидать, что часть энергии светового излучения отразится от другой границы (внешней либо внутренней соответственно).Отметим, что численные методы во временной области позволяют проводить расчеты для источников любой формы. Т.к. интересен отклик среды на определенной длине волны, воспользовуемся представлением в виде амплитуды поля, переход к которому осуществляется с помощью преобразования Фурье на интересующей длине волны.Ппроведем моделирование источников (4) в вакууме (рис. 9, а). Видно, что сигнал в результате интерференции когерентных источников фокусируется, затем рассеивается. Теперь добавим внутреннюю линзу (2) и внешнюю (3) (рис. 9, б и 10, а). Как и ожидалась, помимо того, что расчет верифицирует работу цилиндричскойгиперлинзы (изображение пяти абВнутренняя гиперлинзах, мкмх,мкмРис. 9. Источники в вакууме, амплитуда поля Hz (a); внутренняя линза, амплитуда поля Hz (б)X, мкмРис. 10.Внешняя линза, амплитуда поля Hz (a); сравнение изображений от пяти источников на внутреннем и внешнем интерфейсах внешней линзы (б). Часть энергии уходит в виде отраженных от внутреннего интерфейса волн, чем объясняется шум на графикеисточников из ближней зоны точно проецируется с увеличением в дальнюю зону, преодолевая тем самым дифракционный предел для Л = 632 нм), появляются также и отраженные от границ цилиндрические моды.В результате при сравнении изображений на внутреннем и внешнем интерфейсах наблюдается некоторое ослабление сигнала и возникновение шума (рис. 10, б).В целом качество работы такого прибора сравнимо с «идеальной линзой», а его изготовление будет значительно упрощено за счет использования немагнитного материала.ЗаключениеРассмотренный материал, показал, чтометаматериалы открывают новые возможности для разработки различных СВЧ и оптических устройств. В их число входят фокусирующие системы, нанолазеры, поглотители, резонаторы и многие другие устройства. Разработка новых электромагнитных материалов, начинающаяся с конструирования элементарной ячейки с заранее заданными свойствами, которые могут и не встречаться в природе - это новая технология, открывающая уникальные перспективы. Спектр потенциальных применений метаматериалов, обсуждающийся в современной литературе, простирается от уникальных датчиков комбинационного рассеяния до суперлинзы и гиперлинзы. Более того в последнее время получили развитие работы по созданию и исследованию механических (например акустических) метаматериалов. Следует, тем не менее, подчеркнуть, что, несмотря на весь прогресс, достигнутый в экспериментальных и теоретических исследованиях, пока не создано коммерчески успешных метаматериалов, за исключением радиопоглощающих, в которых потери являются необходимым условием работы.Список литературыВеселаго В.Г // УФН. 1967. Т. 92. Вып. 3. С. 517-526.Пафомов В.Е. // ЖЭТФ. 1956. Т. 30. С. 761; Т. 33. С. 1074; 1959. Т. 36. С. 1853-1858.Сивухин Д.В. // Опт.и спектр. 1957. Т. 3. Вып. 3. С. 308.Силин Р.А. // Вопросы радиоэлектроники. Сер. 1. 1959. Вып. 4. С. 3-33; Радиотехника и электроника. 1960. Т. 5. Вып. 4. С. 688-691.Агранович В.М., Гартштейн Ю.Н. // УФН. 2006. Т. 176. Вып. 10. С. 1052-1068.6. Блиох К.Ю., Блиох Ю.П. // УФН. 2004. Т. 174. Вып. 4.С.440-447.7. Гуляев Ю.В., Лагарьков А.Н., Никитов С.А. // Вестн. РАН.Т. 78. Вып. 5. С. 438-449.