Метаповерхности можно использовать для контроля оптических сингулярностей

Так называемые оптические сингулярности обычно возникают там, где фаза света фиксированной длины волны не определена. Эти области кажутся совершенно тёмными. Сегодня некоторые оптические сингулярности, такие как оптические вихри, исследуются для возможного применения в оптической связи и манипулировании частицами, но ученые только начинают осознавать потенциал этих систем.

В недавней статье для журнала Nature Communications исследователи из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук им. Джона А. Полсона (SEAS) представили новый способ контроля и формирования оптических сингулярностей.

Плоские метаповерхности с наностолбиками были успешно применены ими для создания сингулярностей самых разных форм, выходящих далеко за рамки простых изогнутых или прямых линий. Чтобы продемонстрировать потенциал нового метода, исследователи создали лист сингулярности в форме сердца.

«Традиционные методы голографии хороши для формирования света, но с трудом формируют темноту... Мы продемонстрировали конструирование сингулярностей по требованию, что открывает широкий спектр возможностей в самых разных областях, от микроскопии сверхвысокого разрешения до новых ловушек для атомов и частиц», — сказал Федерико Капассо (Federico Capasso), профессор прикладной физики в SEAS и старший автор статьи.

Действительно, искусственно созданные сингулярности могут использоваться для удерживания атомов в тёмных областях, и, если свет может быть сфокусирован только в области размером примерно в половину длины волны, то темнота не ограничена таким дифракционным пределом, то есть, фокальное пятно может иметь любой размер.

Другие исследователи указывают на возможность создания сложных топологий не только в оптике, но и в волновой физике вообще: от электронных пучков и радиоволн до акустики.

Управление технологического развития Гарварда уже защитило созданную в этом проекте интеллектуальную собственность и изучает возможности её коммерциализации.