Metamateriały optyczne i ich niezwykłe właściwości
Sztucznie wytworzone metamateriały mają właściwości, które są niedostępne dla materiałów naturalnych. Złożone zachowanie nowej klasy materiałów elektromagnetycznych jest interesujące z zasadniczego i praktycznego punktu widzenia. Opracowano już metamateriały, których reakcje liniowe można wykorzystać do doskonalenia czujników, a nawet do uzyskania efektu "niewidzialności". Na podobnej zasadzie, prace badawcze nad rewolucyjną fizyką metamateriałów nieliniowych mogą diametralnie zmienić oblicze optyki nieliniowej. W ramach finansowanego ze środków UE projektu META-PHOT (Light-matter interaction in smart optical materials) naukowcy przeanalizowali pochodzenie i konstrukcję nieliniowości, uwzględniając w szczególności ich zastosowanie w urządzeniach optycznych. Zespół META-PHOT opracował nowe cechy optyczne wynikające z interakcji świetlnych z ultracienką warstwą sztucznego materiału znajdującego się na warstwie konwencjonalnego materiału. Co istotne, badacze zaprezentowali nową koncepcję lokalnej manipulacji faz podczas przechodzenia świata przez tę metapowierzchnię opartą na plazmonicznych nanostrukturach. Nanometrowe anteny plazmoniczne uporządkowano w taki sposób, aby uzyskać specjalny stan polaryzacji światła — polaryzację kołową. Dzięki takiej konstrukcji nanoanteny ogniskowa ultracienkiej soczewki zależy od stanu polaryzacji, co pozwala na łatwą rekonfigurację systemu optycznego. Prowadząc prace doświadczalne, badacze wykorzystali ultracienką warstwę dobrze zdefiniowanych anten plazmonicznych o grubości zaledwie ułamka używanej długości fali świetlnej. Przestrajalny system laserowy zapewnił wymaganą długość fal, umożliwiając ocenę jego działania i uzyskanie potwierdzenia zasad wyboru procesów nieliniowych w materiałach naturalnych. Oprócz ultracienkiej soczewki, zbudowano nowy plazmoniczny sprzęgacz powierzchniowych fal elektromagnetycznych, który może pozwolić na wzbudzanie fal kierunkowych wzdłuż metapowierzchni. Możliwość wzmocnionego oddziaływania między światłem i materią to tylko jeden z wielu intrygujących procesów optyki nieliniowej w metapowierzchniach, jaki może stać się przedmiotem przyszłych badań. Projekt META-PHOT ujawnił potencjał dostosowania nieliniowych procesów w projektowaniu całkowicie nowych elementów optycznych do urządzeń nanooptycznych, które niewątpliwie rozszerzą spektrum zastosowań tych urządzeń.
Słowa kluczowe
Metamateriały optyczne, optyka nieliniowa, META-PHOT, interakcje między światłem a materią, urządzenia nanooptyczne.
