Дзеркало відучили змінювати напрямок поляризації світла

Група фізиків з США розробила багатошарове дзеркало, яке, на відміну від звичайних дзеркал, при відображенні не змінює напрямок кругової поляризації світла. Завдяки використанню періодичного масиву несиметричних отворів в одному з шарів, поляризоване світло, закручене в один бік, повністю поглинається, а закручене в інший - відображається зі збереженням поляризації, повідомляють автори роботи, опублікованої в.

Вектор напруженості електричного поля в разі кругової поляризації може обертатися по або проти годинникової стрілки. Тому при поширенні світлового пучка він рухається по правозакрученій або лівозакрученій спіралі. При відбитті пучка поляризованого світла під прямим кутом від звичайного плоского дзеркала напрямок обертання вектора напруженості змінюється на протилежне, перетворюючи право-поляризоване світло на ліво-поляризоване і навпаки.

Група фізиків під керівництвом Веньшаня Цая (Wenshan Cai) з Технологічного Інституту Джорджії запропонувала конфігурацію дзеркала, яке при відбитті поляризованого світла не змінює напрямок його поляризації. Для такого пристрою автори роботи запропонували використовувати штучний метаматеріал, у якого оптичні властивості визначаються не хімічним складом, а його геометрією. Звичайну відбиваючу поверхню зі срібла покрили шаром оксиду алюмінію товщиною близько 150 нанометрів. Після цього поверх оксиду алюмінію хіміки нанесли шар золота товщиною 50 нанометрів, в якому за допомогою літографії зробили періодичний масив з прямокутних областей з вирізами в двох з чотирьох кутів.

За рахунок своєї несиметричної геометрії вирізів і наявності двох відбиваючої площин така багатошарова поверхня поводиться як метаматеріал і по-різному впливає на поляризоване світло, в якому вектор напруженості обертається за годинниковою стрілкою або проти неї. При цьому можливо дві конфігурації дзеркала з вирізами по різних кутах отворів.

Виявилося, що дзеркало першого типу повністю поглинає лівозакручене світло і не змінює поляризацію правозакрученого, а дзеркало другого типу поводиться рівно навпаки. Звичайне дзеркало повністю відображає обидва типи світла з круговою поляризацією, і при цьому змінює напрямок обертання вектора напруженості поля.

Ефективність таких дзеркал була показана для світла з круговою поляризацією з довжиною хвилі від 770 до 910 нанометрів. При цьому світло з лінійною поляризацією від розроблених хіральних мета-дзеркал відображається повністю.

Для наочності вчені провели додатковий експеримент, в якому зразок дзеркала складався з трьох областей: двох хіральних дзеркал різного типу і звичайного дзеркала. Такий матеріал фізики опромінювали поляризованим світлом і визначали зміну поляризації при відображенні. В результаті, залежно від спочатку поляризації світла, частина дзеркала повністю поглинала світло, а частина - відбивала. При зміні поляризації картина змінювалася на протилежну.

За словами вчених, використання таких дзеркал дозволить підвищити ефективність біосенсорів і пристроїв, в яких інформація передається за допомогою електрооптичних методів, чутливих до поляризації світла.

Природним метаматеріалом зі схожими властивостями є поверхня крил деяких жуків: вона відображає лівозакручене світло, зберігаючи його поляризацію, і поглинає право-закручене. Поляризація світла використовується вченими для різних цілей: наприклад, вона дозволяє записати кілька зображень на одну поверхню, а також є джерелом інформації про обертання зірок.