К чему приводят игры с солнечным зайчиком

Металинза, фокусирующая лучи разных цветов и длины волны.

Аристотель после знаменитого труда «Физика» (то есть «Природа») написал еще один фрагмент, название которого было утеряно. Поэтому его назвали «Мета-Физика», то есть «идущий за физикой», неестественный, созданный человеком. Вот и новые искусственно созданные материалы последнего времени стали называть метаматериалами, имеющими необычные свойства. Они, например, в силу необычного взаимодействия со светом делают предметы невидимыми. Они же позволили создать плоские металинзы, избавленные от проблем, присущих традиционным стеклянным линзам (астигматизм, то есть отсутствие четкости изображения, изменение цветности – хроматическая аберрация, и т.д.).

Плоские металинзы собирают воедино весь спектр видимого света, «не обращая внимания» на разницу скоростей прохождения красных и сине-фиолетовых лучей. Все это стало возможно, конечно же, благодаря успехам нанотехнологии.

Последний образец подобного рода достижений представили исследователи Гарварда, которые опробовали в Массачусетском общем госпитале Бостона новый эндоскоп повышенного разрешения. С его помощью проведено исследование ткани легкого и бронха свиньи, анатомия и физиология тканей которой близки человеческим. Усовершенствование всем привычного оптоволоконного эндоскопа достигнуто путем размещения на конце стекловолокна треугольной призмы, направляющей луч света вертикально вверх. Там, на субстрате-подложке, размещена плоская металинза – прямоугольник с расположенными на его поверхности кремниевыми наностолбиками разного размера. Максимальная высота столбика – 750 нанометров (нм), чуть меньше микрона. Взаимодействие света со структурами уравновешивает скорости световых лучей разного цвета, в результате они фокусируются в одной точке, что существенно повышает резкость изображения.

Волновод из метаматериала, удерживающий световую «змейку».

Одна из проблем, связанных с использованием оптоволокна, – это рассеяние света и «утечка» битов информации. Похоже, что ее также поможет решить метаволновод, не выпускающий из своего канала колеблющийся световой луч. О подобной световой ловушке написали в журнале Nature Communications сотрудники университета Пурдью в г. Лафайет (США).

Но от классического оптоволокна не собираются отказываться специалисты Политехнического училища в Лозанне. Там создали светооптический детектор содержания различных веществ в воздухе и жидкостях. Он основан на свойстве волокон генерировать звуковые волны, которые после возбуждения в толще стекловолокна распространяются перпендикулярно его оси. Швейцарские оптики подавали на волокно возбуждающий импульс, стимулирующий так называемое акустическое рассеяние Бриллюэна. (Леон Бриллюэн, французский физик, сделавший большой вклад в развитие квантовой физики и исследование распространения радиоволн в атмосфере.)

Наностолбики на поверхности металинзы.  Иллюстрации Phsyorg

Звуковые волны взаимодействуют с окружающими волоконный детектор молекулами, и сигнал считывается с помощью другого импульса, подаваемого на волокно. К моменту публикации ученые получили разрешение присутствия молекул воды и этанола (этилового спирта), достигающее 15 микрон. Новый детектор можно использовать, например, для мониторинга состояния различных трубопроводов, фиксируя утечки и автоматически пересылая сигналы в обслуживающие центры. Вполне возможно, что со временем будут созданы гибридные системы контроля, использующие преимущества мета-и всем привычных материалов.