Наука и технологии - Оптика

Сотрудники Университета Пердью (США) создали оптический метаматериал с отрицательным показателем преломления, оснащённый встроенным «усилителем».

Метаматериалы имеют уникальные свойства, позволяющие конструировать микроскопы с рекордной разрешающей способностью и различные маскирующие устройства. Теория метаматериалов разработана довольно хорошо, но многие практические проблемы пока остаются нерешёнными; к примеру, функционирующие в оптическом диапазоне наноструктурированные металл-диэлектрические композиты сильно поглощают падающее излучение. Известно, что исправить ситуацию могли бы «активные» вещества (лазерные красители), размещённые на поверхности метаматериала, но получить действующую конструкцию никому не удавалось.

В последние годы американские физики занимались изучением материала, в структуру которого входит слой оксида алюминия, находящийся между двумя слоями серебра толщиной по 50 нм. В этой структуре выполняется массив овальных отверстий диаметром около 200 нм, центры которых отстоят друг от друга на 280 нм.

Стадии изготовления образца (иллюстрация из журнала Nature).

Взяв за основу такой метаматериал, напоминающий сетку, авторы удалили значительную часть оксида алюминия, оставив только небольшие «столбики», поддерживающие конструкцию. Освободившееся место заняла эпоксидная плёнка с добавкой флуоресцентного красителя родамина 800 (Rh800). Когда на молекулы Rh800 направляют импульс излучения на длине волны в 690 нм, они в течение нескольких наносекунд испускают в области 730 нм. Если в это время подать импульс на 730 нм, можно получить усиление.

В опыте учёные подавали импульс накачки длительностью в 2 пс, за которым следовали 50-пикосекундная задержка и «зондирующий» импульс длительностью в те же две пикосекунды. Измерялись показатели поглощения, отражения и пропускания, после чего эксперимент повторялся без импульса накачки.

Как оказалось, накачка может уменьшать коэффициент поглощения приблизительно в миллион раз. На длине волны «зондирующего» импульса в 722–738 нм суммарная интенсивность прошедшего и отражённого излучения превышала интенсивность излучения падающего; следовательно, метаматериал действительно выполнял функцию усилителя.

В будущем исследователи планируют заменить краситель на полупроводниковый материал, что даст возможность перейти к электрической накачке.

Элтайм.ру, по материалам Компьюленты