Всем людям, более-менее знакомым с оптикой, известно, что оптические свойства линз напрямую связаны с их формой. Однако, ученые компании BAE Systems и лондонской Школы информатики и электроники королевы Мэри (Queen Mary School of Electronic Engineering and Computer Science) создали то, что служит опровержением высказанному выше утверждению. Созданная учеными плоская линза работает точно так, как и обычная изогнутая линза без любых ограничений по оптической полосе пропускания, а достигается этот фокус за счет использования сложных метаматериалов и принципов трансформационной оптики. Кроме этого, подобные принципы можно использовать для создания плоских линз, работающих не только в оптическом диапазоне, но и в других диапазонах электромагнитных волн.
Линзы, специальные антенны и другие устройства, преломляющие и фокусирующие электромагнитные волны различных диапазонов, используются очень широко практически во всех областях окружающего нас мира. Но в некоторых случаях сложные формы всех вышеперечисленных элементов являются непреодолимым препятствием для их применения. Новые плоские линзы в большей степени лишены этого недостатка и их можно использовать в некоторых нетрадиционных областях, к примеру, встраивать их прямо в конструкцию крыльев, делая самолеты-невидимки еще более невидимыми.
Как уже упоминалось выше, основным ключом к созданию плоских линз стало использование сложных материалов, метаматериалов. Комбинация свойств отдельных составляющих этих метаматериалов позволяет получить целый набор уникальных свойств, которые позволяют метаматериалу взаимодействовать с звуковыми или электромагнитными колебаниями такими способами, которые не существуют естественным образом в окружающем нас мире. Одним из ярких примеров этому является вогнутая линза, разработанная учеными Массачусетского технологического института, которая вместо того, чтобы рассеивать радиоволны, фокусирует их подобно выпуклой линзе.
Метаматериалы могут стать решением очень многих проблем, но они сами по себе обладают одним важным недостатком, их уникальные и необычные свойства проявляются лишь в узком диапазоне длин волн электромагнитных колебаний. Ученые, разработавшие плоскую линзу, обошли это ограничение, объединив метаматериал с принципами трансформационной оптики, которые были реализованы при помощи микроструктур на поверхности линзы, имеющих определенную геометрию. Результатом симбиоза метаматериала и трансформационной оптики стала линза, работающая с высокой эффективностью в широком диапазоне частот.
Способность делать плоские линзы или линзы, имеющие более сложные геометрические формы, может стать основой новых технологий строительства самолетов, судов, радиоантенн и других устройств и конструкций. При этом, антенны, основанные на использовании плоских линз, могут служить в качестве покрытия фюзеляжей и плоскостей самолетов, корпусов судов и военной техники. А дальнейшие работы в направлении совершенствования разработанных технологий позволят применение плоских линз в областях медицины, охраны, обеспечения безопасности и, конечно, в аэрокосмической отрасли.
Источник:
